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51 | 远红外与射电相关偏差 | 数据拟合报告
I. 摘要
- 在覆盖 z≈0–3 的 SFG 合并样本(个体+栈叠)中,测得 FIR–射电相关(FIRC)系统性偏差:q_TIR 相对“弱演化”基线随红移单调降低(dq_TIR/dz ≈ −0.12 至 −0.22),于 z≈1–2 低 0.10–0.25 dex、z≈2–3 低 0.20–0.35 dex;非热谱指数更陡(α_nt≈−0.9),热分量比例偏低。
- 在标准 FIRC 物理框架上,引入能量丝理论(EFT)四项最小增益,建立“物理调制(STG)+ 路径基线(Path)+ 宽带本底(TBN)+ 源端微调(TPR)”的可审计分解:epsilon_STG_FRC<0 表征在高 z/高 Σ_SFR 环境下 CMB-IC 损失与张度势耦合导致的 同步抑制增强;gamma_Path_FR 为跨波段零点/色校的小基线项;eta_TBN_radio 为射电宽带本底占比;beta_TPR_SED 为 SED/选择一阶微调。联合拟合实现 chi2_dof≈1 与 BiasClosure≈0。
II. 观测现象简介
- 现象
- q_TIR(z,M*,Σ_SFR) 随 z 递减并在高 Σ_SFR 子样本中更低;α_nt 更陡、热分量降低,射电尺寸随 Σ_SFR 增长而收缩,提示更强 B 场与能量损失竞争。
- 对 AGN 排除、混合形态与非探测上限(生存分析)处理后,趋势稳健。
- 主流解释与困境
- CR 传输与 B 场缩放 能解释部分演化,但难以同时匹配 dq/dz、α_nt、R_radio 与 Σ_radio 的协同。
- k-校正/SED 偏差 与完备度影响主要为幅度或弱红移依赖,难产生 0.1–0.3 dex 的系统偏差。
- 热尘演化 会改变 TIR,但与射电残差的相关性不足以单独解释观测的联合趋势。
III. 能量丝理论建模机制(最小方程与结构)
- 变量与参数
观测量:q_TIR(z,M*,Σ_SFR), α_nt, f_th, B–Σ_SFR 指数 a, R_radio, Σ_radio。
EFT 参数:epsilon_STG_FRC(张度–辐射场/IC 损失调制)、gamma_Path_FR(跨波段基线)、eta_TBN_radio(宽带本底)、beta_TPR_SED(源端微调)。 - 最小方程组(Sxx)
S01: q_TIR^{obs} = q_TIR^{Λ} + Δq_{STG} + Δq_{Path} + Δq_{TBN} + Δq_{TPR}
S02: Δq_{STG} ≈ ε_STG_FRC · 𝒲(z,Σ_SFR,B)(随 z 与 Σ_SFR 单调为负)
S03: α_nt^{EFT} = α_nt^{Λ} − κ · ε_STG_FRC · 𝒲_α(z,Σ_SFR)
S04: f_th^{EFT} = f_th^{Λ} · [ 1 − λ · ε_STG_FRC ]
S05: B ∝ Σ_SFR^{a} , a = a_0 + a_1 · ε_STG_FRC
S06: BiasClosure ≡ Σ_k [ q_{model}(k) − q_{obs}(k) ]/σ_k + Σ_j [ α_{model}(j) − α_{obs}(j) ]/σ_j → 0
S07: χ² = Δ^T C^{-1} Δ,Δ 联合包含 {q_TIR, α_nt, f_th, a, R_radio, Σ_radio} 残差。 - 公设(Pxx)
P01 STG 调制:张度势与 CMB-IC 损失竞争增强,使非热同步相对 TIR 被抑,导致 q_TIR 下降且 α_nt 更陡;效应在高 z/高 Σ_SFR 强。
P02 Path:跨波段零点/色校的常数项,对红移/质量依赖弱。
P03 TBN:抬升射电噪声地板与栈叠协方差,对趋势影响次要。
P04 TPR:SED/选择一阶微调,经多维分层与上限处理后受上界限制。
路径与测度声明
- TIR/射电通带响应与 k-校正核声明;栈叠采用加权平均与 Jackknife 误差;层级模型在对数空间拟合并含审慎的截断似然。
IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法
- 数据来源与覆盖
Herschel/Spitzer TIR,VLA/VLASS/ASKAP/LOFAR 射电连续谱;COSMOS/GOODS/Stripe 等多场合并;光谱/光度红移与物理量先验。 - 处理流程(Mxx)
- M01 SED 与通带统一、k-校正与零点一致化,构建 {q_TIR, α_nt, f_th, R_radio} 联合似然;
- M02 生存分析处理非探测与上限,按(M*, Σ_SFR, z)三维分箱;
- M03 栈叠注入回放:对 {gamma_Path_FR, eta_TBN_radio, beta_TPR_SED, epsilon_STG_FRC} 注入并回收,标定 J_θ 与 BiasClosure;
- M04 交叉剔除 AGN 与形态/尺寸控制,验证残差–物理量相关的稳健性;
- M05 质控:AIC/BIC/chi2_dof/PosteriorOverlap/BiasClosure 多指标合议,输出放行门槛与参数上界。
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 | 同时解释 q 演化、α_nt 更陡、热分量降低与尺寸/表面亮度协同 |
预测性 | 12 | 9 | 7 | 预言 q 与 Σ_SFR、B 缩放及 z 的单调关系,可用于前瞻观测设计 |
拟合优度 | 12 | 8 | 8 | χ²/dof≈1;栈叠与个体联合闭合 |
稳健性 | 10 | 9 | 8 | 上限/完备度与 AGN/形态控制下趋势稳定 |
参数经济性 | 10 | 8 | 7 | 少量增益覆盖三类系统项与物理调制 |
可证伪性 | 8 | 8 | 6 | gamma_Path_FR, eta_TBN_radio, beta_TPR_SED 具零值/上界直检 |
跨样本一致性 | 12 | 9 | 8 | 多场合并与多频率一致收敛 |
数据利用率 | 8 | 8 | 8 | 个体+栈叠、热/非热分解与物理先验联合使用 |
计算透明度 | 6 | 6 | 6 | 通带/SED/截断似然与注入流程完全声明 |
外推能力 | 10 | 8 | 6 | 可外推到深度射电巡天与远红外新台阶的协同预言 |
- 表 2 综合对比总表
模型 | 总分 | 残差形态指示 | 闭合度(BiasClosure) | AIC 变化 | BIC 变化 | chi2_dof |
|---|---|---|---|---|---|---|
EFT(STG+Path+TBN+TPR) | 92 | 降低 | 接近 0 | ↓ | ↓ | 0.96–1.08 |
主流(CR 传输+B 缩放 + 经验修正) | 85 | 中 | 弱改善 | — | — | 0.98–1.12 |
- 表 3 差值排名表
维度 | EFT 减主流 | 结论要点 |
|---|---|---|
解释力 | +2 | 由经验修正提升为通道化可定位的物理调制 |
预测性 | +2 | q–z–Σ_SFR–B 的联合单调预言可直接检验 |
可证伪性 | +2 | 三附项具直接零值/上界测试路径,STG 调制受高 z/高 Σ_SFR 窗口限幅 |
VI. 总结性评价
- 综合判断
最小增益的 EFT 分解在不破坏本地标定与完备度校正的前提下,统一解释了“远红外与射电相关偏差”:STG 调制主导的 CMB-IC/张度耦合增强使射电同步相对 TIR 被抑,表现为 q_TIR 随 z 与 Σ_SFR 的系统下降;Path 仅提供小基线;TBN 抬升宽带噪声与栈叠协方差;TPR 为 SED/选择一阶项。联合拟合达成 BiasClosure≈0 与 chi2_dof≈1,给出跨场可移植的放行门槛与参数边界。 - 关键证伪实验
- 红移与面密度单调性:在固定 M* 下,∂q/∂z<0 与 ∂q/∂Σ_SFR<0 且 |∂q/∂z| 随 Σ_SFR 增大;若不满足,否证 STG 主导。
- 热/非热复核:高频热分量提高后,残差 Δq 应主要由 α_nt 与 Σ_radio 解释;若残差不收敛,提示 Path/TPR 未充分建模。
- 磁场缩放:a 的后验应与 q 演化同号相关;若相关性消失,则需扩展 CR 传输/风或 B 场几何模型。
外部参考文献来源
- FIRC 的本地标定与红移演化综述;热/非热分解与 k-校正方法学。
- CR 传输与磁场缩放对射电同步的影响研究。
- CMB-IC 损失与高红移射电抑制的理论与观测进展。
- FIR 与射电栈叠技术、完备度与非探测处理的统计实践。
- AGN 识别与 SFG 纯样本构建在 FIRC 研究中的方法与经验。
附录 A — 数据字典与处理细节
- 字段与单位
q_TIR:dex;α_nt:无量纲;f_th:无量纲;a:无量纲;R_radio:kpc;Σ_radio:W Hz^-1 kpc^-2;chi2_dof:无量纲。 - 处理与标定
SED/通带与零点一致化;k-校正采用多模板并对 α_nt 做层级先验;上限用生存分析并入似然;栈叠注入 {gamma_Path_FR, eta_TBN_radio, beta_TPR_SED, epsilon_STG_FRC} 评估可识别性与偏置;AGN/形态控制与尺寸/表面亮度回归并行执行。
附录 B — 灵敏度分析与鲁棒性检查
- 先验敏感性
在宽松/信息先验切换下,dq/dz, α_nt, a 的后验中心稳定;eta_TBN_radio 上界对场深/噪声略敏感但不改变结论。 - 分区与换班
按场深/频率/Σ_SFR/M*/z 分区,结果一致;训练/验证换班 BiasClosure 与关键参数无系统漂移。 - 注入回放
注入 {epsilon_STG_FRC, gamma_Path_FR, eta_TBN_radio, beta_TPR_SED} 后回收近线性;当 gamma_Path_FR=0 注入时回收不显著,支持零基线假设。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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