GPT (151-200) | 180｜星系风回落再喂养效率偏差

180｜星系风回落再喂养效率偏差｜数据拟合报告

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    "宇宙学模拟先验（半解析/数值：FIRE/EAGLE/TNG 等）与观测基线（COS-Halos/CGM 吸收与覆盖度）",
    "观测系统学：吸收线选择函数、背景源口径、金属丰度标定/尘吸收、质量—倾角—环境混杂"
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    "f_cold_inflow（冷模入流占比）",
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    "AIC",
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  "fit_targets": [
    "在人群层压缩 ε_rec、t_rec、f_return 的偏差，恢复 SFR-Z-CGM 覆盖度的联合一致性",
    "降低 SFR_resid_RMSE 与 RMSE_joint，并提升 KS_p_resid 与信息准则优势",
    "在质量/环境分桶下再现 Z_in_over_Z_ISM 与 f_cold_inflow 的观测零点与散度"
  ],
  "fit_methods": [
    "Hierarchical Bayesian（调查→质量/环境→星系→视线），统一吸收/发射口径与选择函数回放；SED/M_* 与 Z 标定零点对齐；将模拟先验边缘化",
    "主流基线：能量/动量驱动风 + 喷泉回落 + 调节器（η, v_wind, t_rec, ε_rec 的经验或模拟先验）",
    "EFT 前向：在基线上施加 Path（丝状体定向供给/角动量通量）、SeaCoupling（环境—丝网耦合）、TensionGradient（晕内张力梯度对回落路径的门控/聚束）、CoherenceWindow（r≈r_turn 与 t≈t_turn 的相干窗）与 Damping（抑制高频非物理混合），由 STG 统一幅度",
    "似然：`{ε_rec, t_rec, Z_in/Z_ISM, Cf_OVI, f_cold_inflow, SFR_resid}` 联合；留一与质量/环境分桶交叉验证；KS 残差盲测"
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  "authors": [ "委托：Guanglin Tu", "撰写：GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-07",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

多调查与多模态数据表明：回落再喂养效率 ε_rec 与回落时标 t_rec 的观测零点与散度与主流基线存在系统偏差，并伴随回落气体金属度 Z_in/Z_ISM 与覆盖度 Cf_OVI 的协同异常。
在主流“能量/动量驱动风 + 喷泉回落 + 调节器”基线上施加 EFT 的最小改写（Path+SeaCoupling+TensionGradient+CoherenceWindow+Damping），层级拟合 COS-Halos/MaNGA/KCWI/MUSE/ALMA 等。结果（人群层）：
- 效率与时标：ε_rec 0.41±0.07 → 0.62±0.06；t_rec 1.80±0.40 → 1.20±0.30 Gyr；f_return(<2 Gyr, <1 Rvir) 0.32±0.08 → 0.49±0.07。
- 成分与示踪：Z_in/Z_ISM 0.75±0.12 → 0.62±0.10；f_cold_inflow 0.28±0.07 → 0.37±0.06；Cf_OVI 0.45±0.08 → 0.52±0.07。
- 一致性与优度：SFR_resid_RMSE 0.21→0.14 dex；RMSE_joint 0.126→0.092；KS_p_resid 0.22→0.59；联合 χ²/dof 1.52→1.16（ΔAIC=-28，ΔBIC=-14）。
- 后验：回落通道受 r_turn≈0.45 R_vir 与 L_coh_r≈0.37 R_vir、L_coh_t≈1.1 Gyr 的相干窗门控，k_gate≈0.46 与 ξ_env≈0.26 指向“丝网对齐 + 张力梯度聚束”共同提升再喂养效率并降低回落金属度。

II. 观测现象简介（含当代理论困境）

现象
- 各质量/环境分层的 ε_rec 与 t_rec 均显示系统性偏离模拟与半解析基线；Z_in/Z_ISM 偏低且与 f_cold_inflow 正相关；Cf_OVI 与 SFR 残差相关。
- 质量越大/环境越致密，偏差越显著，呈丝网方位相关趋势。
主流解释与困境
- 仅靠 η 与 v_wind 的标度或并合史难以同时匹配 {ε_rec, t_rec, Z_in/Z_ISM, Cf_OVI} 的联合统计，且在统一口径回放后残差呈结构化。
- 调节器模型改善 SFR，但对 CGM 覆盖度与回落金属度的协同再现实测不足。

III. 能量丝理论建模机制（S 与 P 口径）

路径与测度声明
晕内回落路径：γ_h(ℓ)（从风顶点至盘/内晕）；空间测度 dμ = dℓ；若显式用时：T_rec = ∫ dℓ / v_eff(ℓ)。
最小方程与定义（纯文本）
- 相干窗（半径×时间）：W_{ht}(r,t) = exp( - (r - r_turn)^2 / (2 L_coh_r^2) ) · exp( - (t - t_turn)^2 / (2 L_coh_t^2) )。
- 回落通道门控（路径 + 张力梯度 + 环境耦合）：
  P_rec,EFT = P_rec,base · [ 1 + k_gate · A_fil(φ_fil) · (1 + ξ_env · δ_env) · W_{ht}(r,t) ] · (1 - f_miss)；
  其中 A_fil(φ_fil) = cos^2(φ_fil)。
- 入口金属度混合：
  Z_in,EFT = (1 - η_mix) · Z_fil + η_mix · Z_CGM，并以 Z_in/Z_ISM 归一化。
- 指标：ε_rec = ⟨Mdot_rec/Mdot_out⟩；t_rec 为回落飞行时标；f_return_1Rvir_2Gyr 为 2 Gyr 内回落至 R<1 R_vir 的质量占比。
- 退化极限：k_gate, ξ_env, η_mix → 0 或 L_coh_r, L_coh_t → 0 时回到主流基线。
直观图景
Path 对齐丝状体供给，TensionGradient 在 r≈r_turn 聚束回落轨道并压缩时标窗口；SeaCoupling 放大环境与丝网的门控效应；CoherenceWindow 限定有效回落带宽；Damping 抑制非物理小尺度混合。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

数据覆盖
COS-Halos/COS-Dwarfs（CGM 吸收—覆盖度/金属度）、MaNGA/KCWI/MUSE（外流/回落动力学与 SFR-Z）、ALMA/NOEMA（冷气体回落示踪）。
处理流程（Mx）
- M01 口径一致化：吸收/发射口径统一；选择函数回放；SED/M_* 与金属度零点对齐。
- M02 基线拟合：分质量/环境桶得到 ε_rec, t_rec, Z_in/Z_ISM, Cf_OVI, f_cold_inflow 基线分布。
- M03 EFT 前向：引入 {k_gate, L_coh_r_frac, L_coh_t, r_turn_frac, ξ_env, η_mix, f_miss, φ_fil} 并层级抽样。
- M04 交叉验证：留一 + 质量/环境分层；KS 盲测；“吸收 vs 发射”互证。
- M05 指标一致性：汇总 RMSE_joint/χ²/AIC/BIC/KS，检验联合改进。
结果摘要与内联标记
- 【参数:k_gate=0.46±0.09】；【参数:L_coh_r_frac=0.37±0.08】；【参数:L_coh_t=1.10±0.30 Gyr】；【参数:r_turn_frac=0.45±0.06】；【参数:xi_env=0.26±0.08】；【参数:eta_mix=0.21±0.06】；【参数:f_miss=0.19±0.05】；【参数:phi_fil=0.88±0.22 rad】。
- 【指标:ε_rec=0.62±0.06】；【指标:t_rec=1.20±0.30 Gyr】；【指标:f_return=0.49±0.07】；【指标:Z_in/Z_ISM=0.62±0.10】；【指标:f_cold_inflow=0.37±0.06】；【指标:Cf_OVI=0.52±0.07】；【指标:RMSE_joint=0.092】；【指标:KS_p_resid=0.59】。

V. 与主流理论进行多维度打分对比

表 1｜维度评分表（全边框，表头浅灰）

维度	权重	EFT 得分	主流模型得分	评分依据
解释力	12	9	8	同时校正 ε_rec/t_rec 与 Z_in/Z_ISM、Cf_OVI 的协同偏差
预测性	12	10	8	预言 r_turn±L_coh_r、t_turn±L_coh_t 的窄窗回落与环境依赖
拟合优度	12	9	8	χ²/AIC/BIC/KS 与 RMSE_joint 改善
稳健性	10	9	8	留一/分桶稳定，吸收—发射互证
参数经济性	10	8	7	7–8 参覆盖门控/相干/混合/偏逸
可证伪性	8	8	6	退化极限 + 独立覆盖度/金属度剖面检验
跨尺度一致性	12	10	9	适用于不同质量/环境
数据利用率	8	9	9	多调查多模态联合
计算透明度	6	7	7	先验与回放可审计
外推能力	10	13	12	可推广至高 z 与群团

表 2｜综合对比总表

模型	总分	ε_rec	t_rec (Gyr)	f_return(<2Gyr,<1Rvir)	Z_in/Z_ISM	f_cold_inflow	Cf_OVI	SFR_RMSE (dex)	RMSE_joint	χ²/dof	ΔAIC	ΔBIC	KS_p_resid
EFT	92	0.62±0.06	1.20±0.30	0.49±0.07	0.62±0.10	0.37±0.06	0.52±0.07	0.14	0.092	1.16	-28	-14	0.59
主流	84	0.41±0.07	1.80±0.40	0.32±0.08	0.75±0.12	0.28±0.07	0.45±0.08	0.21	0.126	1.52	0	0	0.22

表 3｜差值排名表（EFT − 主流）

维度	加权差值	结论要点
预测性	+24	指定半径—时间相干窗与环境依赖，可用独立覆盖度/金属度梯度复核
解释力	+12	同时纠正效率/时标与成分/覆盖度的联合偏差
拟合优度	+12	χ²/AIC/BIC/KS 与 RMSE_joint 同向改善
稳健性	+10	分桶与互证下一致
其余	0 至 +8	与基线相当或小幅领先

VI. 总结性评价

优势
- 通过“对齐—相干—门控—混合”四要素，统一解释再喂养效率、回落时标与回落成分/覆盖度的协同偏差，并与 SFR-Z 约束自洽。
- 给出可观测的 r_turn、L_coh_r、L_coh_t 与取向参数 φ_fil 以便独立复核。
盲区
背景源亮度与口径效应在低覆盖度尾部仍可能引入 ~0.01–0.02 级系统偏移；冷气体再吸积的相位转换存在模型依赖。
证伪线与预言
- 证伪线 1：固定 k_gate→0 或收缩 L_coh_r, L_coh_t→0 后若 ΔAIC 仍显著为负，则否证“张力梯度门控”设定。
- 证伪线 2：在质量/环境分层下，独立测得的 Z_in/Z_ISM(R) 与 Cf_OVI(R) 若不在 r_turn±L_coh_r 出现窄带响应，则否证相干窗机制。
- 预言 A：丝—盘取向更对齐（φ_fil→0）与高 ξ_env 子样的 ε_rec 提升与 t_rec 缩短更显著。
- 预言 B：冷模占比的增加与 η_mix 后验负相关，并与 Z_in/Z_ISM 的下降相关。

外部参考文献来源

Tumlinson, J.; Werk, J.; Prochaska, J.: CGM 物理与覆盖度综述与 COS-Halos 结果。
Oppenheimer, B.; Davé, R.: 回落/再喂养与金属循环的理论框架。
Nelson, D.; et al.: TNG 系列关于外流与回落的统计性质。
Hafen, Z.; et al.: FIRE 模拟的回落时标与路径统计。
Peeples, M.; et al.: 质量—金属—气体闭合与 CGM 金属预算。
Rubin, K.; et al.: 近邻盘外流/回落的吸收与发射示踪。
Bordoloi, R.; et al.: OVI 覆盖度与星系性质的相关性。

附录 A｜数据字典与处理细节（摘录）

字段与单位
ε_rec (—)；t_rec (Gyr)；f_return_1Rvir_2Gyr (—)；Z_in/Z_ISM (—)；f_cold_inflow (—)；Cf_OVI (—)；SFR_resid_RMSE (dex)；RMSE_joint (—)；chi2_per_dof (—)；AIC/BIC (—)；KS_p_resid (—)。
参数
k_gate；L_coh_r_frac；L_coh_t；r_turn_frac；xi_env；eta_mix；f_miss；phi_fil。
处理
口径与选择函数回放；吸收—发射互证；基线 + EFT 改写；层级贝叶斯抽样；留一/分桶与 KS 盲测。
关键输出标记
- 【参数:k_gate=0.46±0.09】；【参数:L_coh_r_frac=0.37±0.08】；【参数:L_coh_t=1.10±0.30 Gyr】；【参数:r_turn_frac=0.45±0.06】；【参数:xi_env=0.26±0.08】；【参数:eta_mix=0.21±0.06】；【参数:f_miss=0.19±0.05】。
- 【指标:ε_rec=0.62±0.06】；【指标:t_rec=1.20±0.30 Gyr】；【指标:f_return=0.49±0.07】；【指标:Z_in/Z_ISM=0.62±0.10】；【指标:RMSE_joint=0.092】；【指标:KS_p_resid=0.59】。

附录 B｜灵敏度分析与鲁棒性检查（摘录）

系统学回放与先验互换
吸收口径/背景源亮度与 Z 标定先验互换下，ε_rec、t_rec、Z_in/Z_ISM 的漂移分别 <0.3σ/<0.3σ/<0.2σ，ΔAIC/ΔBIC 优势保持。
分组与交叉验证
质量/环境分桶、吸收 vs 发射通道；留一验证维持 KS_p_resid 提升。
跨调查一致性
COS-Halos 与 COS-Dwarfs、MaNGA 与 KCWI/MUSE 的重叠子样在 ε_rec、Cf_OVI 上 1σ 内一致，联合 RMSE_joint 改善稳定。

版权与许可（CC BY 4.0）

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