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盘状星系旋转曲线的速度耦合径向加速度假设:对 SPARC 的拟合、贝叶斯推断与参数辨识性

星系天体物理 2026-04-07 v2 计算物理

摘要

盘状星系的观测旋转曲线仍是衡量星系间质量-动力学关系的尖锐经验工具。我们研究一种最小化、明确的现象学替代方案:额外的 inward 径向加速度与当地 tangental 速度成正比,即 a\vca(r)=γ(r)v(r)a_{\vca}(r)=\gamma(r)\,v(r),其中耦合系数 γ(r)=\vinf/(r+\rzero)\gamma(r)=\vinf/(r+\rzero) 具有饱和特性。将此假设与圆周运动条件结合,可得到关于 v(r)v(r) 的二次方程,具有闭式物理分支。我们将此 velocity-coupled acceleration(\vca)模型拟合到来自 SPARC 数据集的 Ngal=171N_\mathrm{gal}=171 条旋转曲线,采用已发布的星系质量分解(气体、盘、盘毛),并使用相同的优化管线和误差模型与两种常用的两参数 halo 模型(NFW 和 Burkert)进行比较。在给定系统误差底座 σ0=5 kms1\sigma_0=5~\mathrm{km\,s^{-1}} 时,\vca 模型通常与 NFW halo 相当,且在信息准则比较中表现出与 Burkert halo 相当(尽管并非在所有情况下都更好)。我们进一步进行 MCMC 推断,对 \vca 参数进行后验预测覆盖度量量化,并指出参数后验分布在许多星系中 exhibit 强烈的 \vinf\vinf--\rzero\rzero 退化现象;仅 47/17147/171 个星系在基于简单宽度准则下 yield well-identified 后验。我们还进行简单的径向 holdout 交叉验证(外侧 30% 半径)并发现该协议下的预测 RMSE 与 NFW 和 Burkert 相当。

关键词

引用

@article{arxiv.2512.21376,
  title  = {A Velocity Coupled Radial Acceleration Ansatz for Disk-Galaxy Rotation Curves: Fits to SPARC, Bayesian Inference, and Parameter Identifiability},
  author = {Nalin Dhiman},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2512.21376},
  year   = {2026}
}