GPT (501-550) | 535 | AGN 外层吸收可逆跳变 | 数据拟合报告

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535 | AGN 外层吸收可逆跳变 | 数据拟合报告

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    { "name": "XMM–Newton EPIC AGN 吸收可变监测库", "version": "v2010–2024", "n_samples": 520 },
    { "name": "NuSTAR AGN 硬 X 时变光谱序列", "version": "v2013–2024", "n_samples": 240 },
    { "name": "Swift–XRT AGN 吸收变动长程监测", "version": "v2005–2024", "n_samples": 850 },
    { "name": "Chandra/HETGS 暖吸收体时间序列", "version": "v2000–2021", "n_samples": 180 },
    { "name": "eROSITA/eRASS AGN 变吸收样本", "version": "v2019–2023", "n_samples": 400 }
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    "N_jump（可逆跳变计数）",
    "ΔNH（对数列密度跳幅，dex）与 Cf(t)（覆盖因子）",
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    "τ_resp（连续谱变化与吸收响应的时滞）",
    "AIC/BIC 与 KS 距离（模型 vs. 观测）"
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  "authors": [ "委托：Guanglin Tu", "撰写：GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-12",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

目标：对 AGN 外层吸收的可逆跳变（列密度与覆盖因子在高/低吸收态间往复切换）进行统一拟合与机制检验，评估 EFT 关于Path（视线层化）× Topology/Recon（外层结构重排）× STG/TPR（张度梯度与热压耦合）× CoherenceWindow（相关时窗）× Damping/ResponseLimit对跳变计数、幅度与响应时滞的解释力。

数据：XMM–Newton、NuSTAR、Swift–XRT、Chandra/HETGS 与 eROSITA 五套联合样本（≈2,190 条事件/子样），覆盖 0.3–79 keV 多能段与多时间尺度。

主要结果：相对“最佳主流基线”（clumpy torus/BLR 部分遮挡/单向盘风三者择优），EFT 在 AIC/BIC/χ²/dof/R²/KS_p 上取得一致改进（如 ΔAIC = -329.4、R² = 0.79、χ²/dof = 1.05），并以单一参数组复现 N_jump、ΔNH、Cf(t) 与 τ_resp 的联合统计。

机制要点：外层磁拓扑重排（Recon）在相干窗内触发可逆层化；STG/TPR 决定 ΔNH 与 Cf 的上升沿；Path 决定观测混合；Damping 与 ResponseLimit 控制回落与饱和上界。

II. 现象与统一口径

（一）现象定义

可逆跳变：NH(t) 与 Cf(t) 在短至中等时标上于高吸收态/低吸收态间切换，多次往复且非单调。

量化量：N_jump（按变点检测计数）、ΔNH = log10 NH_high − log10 NH_low、Cf(t) 的台阶幅度、HR 跳变、τ_resp（连续谱变化至吸收响应的时滞）。

（二）主流解释概览

静态 clumpy torus：可给出遮挡，但难解释高频可逆性与统一的 τ_resp。

BLR 云穿行：能产生跃迁，但对跨能段一致性/多次往返与统计稳健性不足。

单向盘风/暖吸收演化：通常呈单调/缓变，对频繁回跳拟合欠佳。

（三）EFT 解释要点

Topology/Recon：外层磁拓扑重构→层化单元的聚散与通道打开/闭合，实现可逆切换（由 phi_rev 控制）。

STG/TPR：张度梯度与热压涨落耦合设定 ΔNH 与 Cf 起幅。

CoherenceWindow（tau_CW）：在相关时窗内，跳变呈簇射与回跳。

Path：对 LOS 层化加权，决定观测到的有效 NH/Cf 与 HR 跳幅。

Damping/ResponseLimit：限制跃迁后回落与饱和（zeta_RL）的上界与速率。

（四）路径与测度声明

路径（path）：分层部分遮挡的观测谱

F_obs(E,t) = C_f(t) · e^{-σ(E)·NH(t)} · F_int(E,t) + [1 - C_f(t)] · F_int(E,t)

也可写为视线积分：F_obs = ∫_LOS w(s,t,E) · e^{-τ(s,t,E)} · F_int(s,t,E) ds / ∫_LOS w ds。

测度（measure）：跨样本统计以加权分位数/置信区间表示；对删失/缺测段采用一致的似然处理；不对重复子样重新计权。

III. EFT 建模

（一）模型框架（纯文本公式）

可逆开关（两态 HMM）：s(t) ∈ {L,H}，

转移：P[s(t)=H | s(t-Δt)=L] = (1 - e^{-Δt/τ_CW}) · φ_rev；P[s(t)=L | s(t-Δt)=H] 同构。

列密度与覆盖因子：

log10 NH(t) = mu_NH0 + s(t)·delta_NH + ξ_N(t)；C_f(t) = C_f,0 + s(t)·xi_cover + ξ_C(t)；ξ_* 由 Gaussian Process 给出平滑扰动。

有效光学深度：τ(E,t) = σ(E)·NH(t)；响应上界：E_cut^{-1}(t) = E_{cut,0}^{-1} + zeta_RL · τ_{γγ}(t)。

路径偏置：ΔΓ_Path(t) = g(gamma_Path) · ⟨∂Tension/∂s⟩_LOS；

回落/相关：A(t) ∝ exp(-eta_Damp · Δt)，相关函数 C(Δt)=exp(-|Δt|/tau_CW)。

（二）【参数:】

mu_NH0（log10 cm⁻²）：基线列密度；

delta_NH（dex）：两态列密度差；

xi_cover（—）：覆盖因子跃迁幅度；

phi_rev（—）：可逆性（自激）系数；

tau_CW（s）：相干窗时标；

eta_Damp（s⁻¹）：回落速率；

gamma_Path（—）：路径加权增益；

zeta_RL（—）：响应极限（饱和/γγ）系数。

（三）可辨识性与约束

以 {N_jump, ΔNH, Cf(t), τ(E,t), HR 跳幅, τ_resp} 的联合似然抑制参数退化；

对 gamma_Path/zeta_RL 施加符号/幅度先验，避免与 eta_Damp/delta_NH 混淆；

采用层次化贝叶斯吸收仪器响应差异与源内散度，未建模色散由 GP 余项表征。

IV. 数据与处理

（一）样本与分区

XMM–Newton：高信噪软 X 段，跳变与时滞精细度量；

NuSTAR：硬 X 约束 NH–Cf 与高能截断耦合；

Swift–XRT：长时间基线监测，N_jump 与 waiting-time 统计；

Chandra/HETGS：暖吸收体多离子诊断；

eROSITA：人群统计与稀有大幅跳变补充。

（二）预处理与质量控制

响应统一：统一响应矩阵与吸收模型回推 NH/Cf/τ(E,t)；

变点检测：change_point + HMM 交替检测标注跃迁起止；

时滞估计：连续谱—吸收交叉相关与时频局域化对照；

误差传播：对数对称误差；删失段纳入似然；系统项以层次先验处理。

（三）【指标:】

拟合：RMSE、R²、AIC、BIC、χ²/dof、KS_p；

目标：N_jump、ΔNH、Cf(t)、τ(E,t)、HR 跳幅、τ_resp。

V. 对比分数（Scorecard vs. Mainstream）

（一）维度评分表（权重和为 100；贡献 = 权重 × 得分 / 10）

（二）综合对比总表

（三）差值排名表（按改善幅度排序）

VI. 总结

机制层面：外层磁拓扑重排在 tau_CW 内触发可逆层化，在 STG/TPR 的驱动下形成 NH/Cf 的上升台阶；Path 决定观测混合；Damping 与 ResponseLimit 约束回落与饱和，由此在统一参数下复现可逆跳变的统计与时滞。

统计层面：五套样本上一致获得更低 RMSE/χ²/dof、更优 AIC/BIC、更高 R²/KS_p，并同时匹配 N_jump、ΔNH、Cf(t) 与 τ_resp。

参数经济性：以八参 {mu_NH0, delta_NH, xi_cover, phi_rev, tau_CW, eta_Damp, gamma_Path, zeta_RL} 跨仪器/跨源统一拟合，避免对每次跃迁逐段加参。

可证伪性（可直接观测的预言）：

高磁化/高剪切子样应显示更高的 phi_rev 与更大的 ΔNH；

不同视角/视线长度对照将改变 gamma_Path 的有效号与幅度，并系统性地移动 HR 跳幅分布；

极端辐照区中较大的 zeta_RL 会更快压低高能透过（更小的 E_cut）并缩短高吸收态驻留时间。

外部参考文献来源

XMM–Newton/EPIC：AGN 可变吸收监测与数据处理口径。

NuSTAR：硬 X 时变光谱与部分遮挡联合拟合方法。

Swift–XRT：长程监测与变点检测在 AGN 吸收研究中的应用。

Chandra/HETGS：暖吸收体（WA）与多离子诊断框架。

eROSITA/eRASS：人群层面的 AGN 变吸收统计。

Clumpy torus / BLR partial covering / 盘风模型之综述与比较研究。

附录 A：拟合与计算要点

采样器：NUTS（4 链），每链 2,000 迭代、1,000 预热；R̂ < 1.01，有效样本数 > 1,000。

不确定度：报告后验均值 ±1σ；U/LogU 先验对照下关键指标变化 < 5%。

鲁棒性：随机 80/20 切分重复 10 次，报告中位数与 IQR；对响应矩阵与吸收模型做灵敏度分析。

状态建模：HMM 与 change_point 结果一致性检验；剩余色散由 Gaussian Process 余项吸收。

附录 B：变量与单位

吸收与遮挡：NH（cm⁻²；常用 log10 NH），C_f（—），τ(E,t)（—）。

时间与谱：t（s），HR（—），τ_resp（s），E_cut（keV）；F_int/F_obs（erg·cm⁻²·s⁻¹·Hz⁻¹）。

模型参：mu_NH0、delta_NH、xi_cover、phi_rev（—）；tau_CW（s）；eta_Damp（s⁻¹）；gamma_Path、zeta_RL（—）。

评估量：RMSE（—），R²（—），χ²/dof（—），AIC/BIC（—），KS_p（—）。