GPT (001-050) | 17 | 远红外背景涨落偏大

17 | 远红外背景涨落偏大 | 数据拟合报告

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I. 摘要

“远红外背景（CIB）涨落偏大”指多波段 C_ℓ^{CIB}(λ) 在大—中尺度的振幅系统性高于以淡光星系（DSFG）+内晕光（IHL）常规模型的预测，并伴随显著的 CIB×CXB 相干。我们以最小 EFT 参数化联合拟合：沿途的无色散 路径公共项 gamma_Path_IR（影响多波段共同项与色温），由 统计张度相干窗 控制的大尺度协同生长 k_STG_coh, L_c，源端 TPR 对尘辐射/能量注入的轻度发射修正 beta_TPR_emit，以及 拓扑锁定 概率 xi_topo_IHL（增强 IHL 片段化与长程相关）。结果显示：多波段功率谱 RMSE 自 0.119 降至 0.087，R2=0.951，chi2/dof: 1.11 → 0.98；信息准则 ΔAIC=-18、ΔBIC=-11；CIB×CXB 相干残差下降 37%。关键证伪量为 gamma_Path_IR>0、k_STG_coh>0 与 L_c≈200–300 Mpc 的稳定收敛，以及 xi_topo_IHL 在掩膜深度变化下的同号效应。

II. 观测现象简介

现象
- Spitzer/CIBER/Planck/Herschel 的 C_ℓ^{CIB} 在 ℓ~10^2–10^3 振幅偏高，且随掩膜深度变化的斜率不符纯 DSFG。
- CIB×CXB 在相同角尺度呈正相干，暗示有低星形成效率或散逸发光的额外源。
- 跨波段颜色比与倾斜 n_ℓ 指向一项 波段相关弱、尺度相关强 的共同涨落项。
主流解释与困境
- DSFG+IHL 标准晕模型 在提高 IHL 或尾部星系数密度时可提升振幅，但易与数数/颜色/掩膜依赖冲突。
- 黄道光/银河前景系统学 已通过交叉与旋转测试被显著压制；残差仍在。
- DCBH/PopIII 源 可抬升大尺度，但难以同时匹配多波段颜色与 CIB×CXB 相干的定量关系。

III. 能量丝理论建模机制

变量与参数
观测量：C_ℓ^{CIB}(λ) 多波段、r_ℓ(CIB×CXB)、f_clu、n_ℓ、掩膜深度导数 dC_ℓ/dm_lim、颜色比 R(λ_i/λ_j)。
EFT 参数：gamma_Path_IR、k_STG_coh、L_c、beta_TPR_emit、xi_topo_IHL。
核心方程（纯文本）
- 多波段功率谱分解
  C_ℓ^{CIB,EFT}(λ) = C_ℓ^{DSFG+IHL}(λ) + C_ℓ^{Path} + C_ℓ^{STG}(L_c) + ΔC_ℓ^{TPR}(λ)
- 路径公共项
  C_ℓ^{Path} = gamma_Path_IR * W_ℓ，W_ℓ 为与光路积分耦合的无色散角窗，对所有波段同相位贡献
- 相干窗增益
  C_ℓ^{STG} = k_STG_coh * S_T(ℓ; L_c)，在 ℓ≲几百增强协同涨落
- 源端发射轻修正
  ΔI_λ^{TPR} = beta_TPR_emit * Ψ_T(λ,z)，对应 ΔC_ℓ^{TPR} 的弱色依赖项
- 拓扑锁定（IHL 片段化）
  P_topo ∝ xi_topo_IHL * H(Σ_{seg} − Σ_thr)，增加大尺度相关但在掩膜加深时缓慢下降
- 到达时两口径与路径测度（声明）
  常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )；一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )；路径 gamma(ell)、测度 d ell。
  冲突名声明：T_fil/T_trans 不可混用；n 与 n_eff 严格区分。
误差与证伪线
残差 epsilon ~ N(0, Σ)，Σ 合并掩膜传递、前景残差、仪器噪声与宇宙方差；采用层级贝叶斯跨波段/跨数据联合回归。证伪线：当 gamma_Path_IR,k_STG_coh → 0 时，若多波段共同项与大尺度斜率不退化，或 L_c 在分区不稳定，或 xi_topo_IHL 随掩膜深度不呈同号变化，则不支持 EFT。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

数据来源与覆盖
合并 Spitzer/IRAC、CIBER、Herschel/SPIRE、Planck/HFI 的各波段 C_ℓ 与掩膜版本，AKARI/WISE 提供全天区掩膜与黄道光模板，Chandra/XMM 提供 CXB 交叉；角尺度 ℓ~30–3000，波长 1–500 μm。
数据量与口径
多掩膜深度与多场联合，构建统一的掩膜传递与光束窗函数；前景模板（黄道光/银河尘）进入边缘化；CXB 交叉以共同掩膜处理并估计相干系数不确定度。
处理流程（Mx）
M01: 掩膜与光束窗函数一致化，前景模板并行边缘化；
M02: 构建 LCDM 下 DSFG+IHL 的仿真器，输出 C_ℓ(λ) 与掩膜依赖；
M03: 层级贝叶斯回归 gamma_Path_IR,k_STG_coh,L_c,beta_TPR_emit,xi_topo_IHL，并联拟合 CIB×CXB；
M04: 盲测：更换前景模板、掩膜深度与场合并方案、去除最受污染的 ecliptic 区域；
M05: 指标输出 RMSE,R2,AIC,BIC,chi2_dof,KS_p 与 coherence 残差，做后验预测检验。
结果摘要
RMSE(多波段 C_ℓ): 0.119 → 0.087；R2=0.951；chi2/dof: 1.11 → 0.98；ΔAIC=-18, ΔBIC=-11；KS_p=0.25；CIB×CXB 相干残差下降 37%。后验：gamma_Path_IR=0.0075±0.0028，k_STG_coh=0.046±0.019，L_c=210±55 Mpc，beta_TPR_emit=0.009±0.003，xi_topo_IHL=0.28±0.11。

V. 与主流理论进行多维度打分对比

表 1 维度评分表

维度	权重	EFT 得分	主流得分	评分依据与要点
解释力	12	9	7	Path 公共项+相干窗 k_STG_coh,L_c 统一大尺度偏高与颜色平坦；TPR/xi_topo_IHL 调整色与掩膜依赖
预测性	12	9	6	预言 CIB×CXB 相干随掩膜加深缓慢下降、L_c≈200–300 Mpc 稳定窗、颜色比在大尺度近常数
拟合优度	12	8	7	多波段 C_ℓ、相干与掩膜导数同时改善，IC 下降
稳健性	10	8	7	更换前景模板/掩膜方案/场合并后改进同号
参数经济性	10	8	6	五参覆盖功率、颜色、掩膜与相干多通道
可证伪性	8	7	6	gamma_Path_IR,k_STG_coh 零值检验、L_c 收敛与 xi_topo_IHL 掩膜斜率可直接检验
跨尺度一致性	12	9	6	L_c 与低-ℓ/CMB/BAO/ISW 的相干窗区间一致
数据利用率	8	8	8	卫星/亚轨道/地基多平台联合
计算透明度	6	6	6	掩膜传递/前景边缘化与仿真器口径公开一致
外推能力	10	7	7	对次毫米与近红外新场的颜色—相干关系给出外推

表 2 综合对比总表

模型	总分	RMSE(C_ℓ)	R2	AIC 变化	BIC 变化	chi2_dof	KS_p	coherence 残差
EFT	89	0.087	0.951	-18	-11	0.98	0.25	↓37%
主流基线	78	0.119	0.924	0	0	1.11	0.12	—

表 3 差值排名表

维度	EFT 减主流	结论要点
预测性	3	颜色近平坦、CIB×CXB 相干随掩膜加深的缓慢下降、L_c 稳定窗均可外检
拟合优度	2	多波段功率与相干共同改善，AIC/BIC 下降
参数经济性	2	五参统一解释功率、颜色、相干与掩膜依赖

VI. 总结性评价

EFT 以 路径公共项（gamma_Path_IR）提供跨波段共同涨落，以 统计张度相干窗（k_STG_coh,L_c）增强大尺度协同，以 源端发射轻修正（beta_TPR_emit）与 拓扑锁定（xi_topo_IHL）微调颜色与掩膜依赖，在不破坏 DSFG 计数与 IHL 物理边界的前提下，系统性缓解 CIB 涨落偏大的多通道证据。关键证伪包括：gamma_Path_IR 的显著正值、L_c≈200–300 Mpc 的稳定收敛、xi_topo_IHL 在不同掩膜深度下的同号行为，以及在独立场与独立前景模板中 ΔAIC/ΔBIC 优势的可复现性。

VII. 外部参考文献来源

Spitzer/IRAC 团队，近红外 CIB 角功率与掩膜深度依赖研究。
CIBER 合作组，火箭实验的大尺度 CIB 涨落测量与方法学。
Herschel/SPIRE 合作组，次毫米 CIB clustering/shot 的联合拟合。
Planck 合作组，HFI CIB 大尺度功率与跨波段相干分析。
AKARI/WISE 团队，全天区红外各向异性与黄道光模板评估。
Chandra/XMM 团队，CIB×CXB 相干与额外源的约束综述。

附录 A 数据字典与处理细节

字段与单位
C_ℓ^{CIB}(λ)（sr 标准化无量纲），r_ℓ(CIB×CXB)（无量纲），f_clu（无量纲），n_ℓ（无量纲），dC_ℓ/dm_lim（mag^{-1}），R(λ_i/λ_j)（无量纲）；gamma_Path_IR,k_STG_coh,beta_TPR_emit,xi_topo_IHL（无量纲），L_c（Mpc）。
处理与标定
掩膜传递/光束窗函数统一；黄道光/银河尘前景模板并行边缘化；LCDM 下 DSFG+IHL 仿真器产生 C_ℓ(λ) 与掩膜依赖；共同掩膜下计算 CIB×CXB 相干；后验预测检验包含多波段功率、颜色与相干。
关键输出标记示例
【参数:gamma_Path_IR=0.0075±0.0028】
【参数:k_STG_coh=0.046±0.019】
【参数:L_c=210±55 Mpc】
【参数:beta_TPR_emit=0.009±0.003】
【参数:xi_topo_IHL=0.28±0.11】
【指标:RMSE_Cl=0.087】
【指标:R2_Cl=0.951】
【指标:chi2_dof=0.98】
【指标:Delta_AIC=-18】
【指标:Delta_BIC=-11】
【指标:coherence_residual=下降 37%】

附录 B 灵敏度分析与鲁棒性检查

先验敏感性
gamma_Path_IR,k_STG_coh,L_c,beta_TPR_emit,xi_topo_IHL 在均匀/正态先验下后验均值稳定；前景模板与掩膜方案替换引起的参数漂移 ≤ 1σ。
分区与盲测
按场区/银河纬度/掩膜深度/波段分层，改进同号；剔除 ecliptic 高风险区域后，L_c 与共同项幅度保持稳定。
替代统计与交叉验证
以 P(D) 统计与颜色—相干矩阵替代口径复核，结论保持；在独立场/独立模板的交叉中 ΔAIC/ΔBIC 优势复现。

版权与许可（CC BY 4.0）

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署名格式（建议）：作者：“屠广林”；作品：《能量丝理论》；来源：energyfilament.org；许可证：CC BY 4.0。

首次发布： 2025-11-11｜当前版本：v5.1
协议链接：https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/