从 HI 形态学推断中性气体相分布：基于散射谱和变分自编码器的相分离
星系天体物理
2025-10-16 v2
摘要
解析由中性氢（HI）示踪的弥漫星际介质（ISM）的多相结构，对于理解银河系的生命周期至关重要。然而，HI 相分离是一个具有挑战性且欠约束的问题。中性气体的相分布通常是从 HI 发射的谱线结构推断出来的。在这项工作中，我们开发了一种数据驱动的相分离方法，仅从 HI 发射强度结构的空间形态中提取 HI 相结构。我们将散射谱（SS）统计与高斯混合变分自编码器（VAE）模型相结合，以：1. 从不同 HI 相的多尺度形态结构中导出可解释的统计模型；2. 使用该模型将弥漫高纬度（\degree）区域、窄速度通道（ km/s）内的 GALFA-HI 发射二维通道图分解为冷中性介质（CNM）、暖中性介质（WNM）和噪声分量。我们将 CNM 图在速度通道上进行积分以将其与现有基于谱线方法生成的图进行比较，发现两幅图高度相关，同时我们的图在小尺度上恢复了更多空间相干结构。我们的工作说明并量化了 HI 形态与 HI 相结构之间清晰的物理联系，并通过利用 HI 谱和空间信息在三维位置-位置-速度（PPV）空间中分解 HI，为改进未来的相分离技术开辟了新途径。这些结果与这样一种物理图景一致：驱动 HI 相变的过程也塑造了 HI 气体的形态，在弥漫、延展的 WNM 中留下了稀疏、丝状的 CNM。
引用
@article{arxiv.2505.20407,
title = {Neutral gas phase distribution from HI morphology: phase separation with scattering spectra and variational autoencoders},
author = {Minjie Lei and S. E. Clark and Rudy Morel and E. Allys and Iryna S. Butsky and Caleb Redshaw and Drummond B. Fielding},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.20407},
year = {2025}
}