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Sandbox Physics
从遥远的光走到星系计数

L3 · 光、图像与筛选

用三个真实源,复算一份有条件的JADES体积

在JADES的一类原始目标中,可以复算三个真实源及它们对应的条件体积。关键是保留“原来挑了谁、谁获得光谱、谁成功测得红移”这些条件。所得密度描述这份目标类别;这份密度保留了优化指向的偏好,不能直接当成无偏的宇宙平均。

先认清数据版本和原始类别

从Curtis-Lake等人的DR4选源论文第二版读起。先看第2.4节面积表和第3.3节目标类别,再看第4.5节怎样处理体积与成功率。下载材料使用固定的Combined_DR4_external_v1.2.1.fits目录,选GOODS-N mediumjwst的原始1a优先级,排除临时提升的oddball目标。NIRSpec用可开关的微快门阵列(MSA)把部分候选的光送入光谱仪,分配统计记录了谁实际取得光谱。

公开小包把这一类的十二行事实单独列成CSV,保留原ID、光谱标记、红移、光谱推得的紫外星等、分配概率和两个gold标记。完整约九十四兆字节FITS的URL与SHA256也列出,供另外核对;重算不需要把整份目录下载进来。

对应阅读:Curtis-Lake et al. · JADES DR4 · Sandbox Physics

把十二次观测逐一归类

这类原候选有十三个,其中十二个获得观测。十二个里,七个有A、B或C级的可靠光谱红移且大于九,四个可靠红移落在该类目标范围之外,一个没有可靠红移。后者的E标记继续表示未知;光度红移也不会在这里被升格成光谱确认。

这里先计算一个明确的亮度片段:红移大于九且不超过十点五,光谱紫外绝对星等从负二十二到负十九点七五,不含暗弱端点。符合的真实源有三个,列在下表。选这个探索性片段,是为了让整个亮度范围都在后面规定的模型切割以内;选择前已经看过目录,所以它不是一次盲检验。

原始源ID后缀光谱标记红移光谱紫外绝对星等
619A9.06815−20.0002
19715A9.30259−19.9739
55757A9.74211−19.7987

对应阅读:JADES DR4 · Sandbox Physics

面积和距离先给出几何体积

表2给出这一层级的MSA可用区域并集面积二十五点八八六平方角分,其中原选源时有NIRCam覆盖的比例为百分之九十三点五。相乘得到二十四点二零三四一平方角分。并集面积避免把相互重叠的指向重复相加。

这次复算采用论文声明的宇宙学:哈勃常数六十七点六六、物质份额零点三一零、空间平直并省略辐射。它与前面受控成像例子的七十和零点三是两套明确参数;下面所有距离与体积统一使用这一套。

Ω=24.20341(π180×60)2 sr,Vgeom=Ω3[DC(10.5)3−DC(9)3]\Omega=24.20341\left(\frac{\pi}{180\times60}\right)^2\,\mathrm{sr},\qquad V_{\rm geom}=\frac{\Omega}{3}\left[D_C(10.5)^3-D_C(9)^3\right]
共动距离以百万秒差距计,所得体积约63905.614立方百万秒差距。程序另用体积元直接积分,并与Astropy的同参数宇宙学比较。

对应阅读:Curtis-Lake et al. · Hogg (1999) · Sandbox Physics

检查每个源究竟能看到多远

给定亮度后,暗弱切割还会限制一个源能贡献的红移范围。这里明确采用平坦频率谱,用光谱推得的紫外绝对星等,计算它何时会暗到AB二十七点九等。求得的亮度视界与红移箱上界取较小者,才进入体积计算。

m(z)=MUV+5log⁡10 ⁣(DL(z)Mpc)+25−2.5log⁡10(1+z)m(z)=M_{\rm UV}+5\log_{10}\!\left(\frac{D_L(z)}{\mathrm{Mpc}}\right)+25-2.5\log_{10}(1+z)
这是规定的平坦频率谱模型;解视星等等于27.9得到模型亮度视界。光谱推得的星等与原选源孔径的测光值分别保留。
完整七个成功源中的例子光谱模型视星等相对27.9切割
1785827.9948较暗,不满足
5972027.9008较暗,不满足
8008828.4677较暗,不满足

对应阅读:Curtis-Lake et al. · JADES DR4 · Sandbox Physics

光谱亮度为何会越过原切割

上表三源确实属于原始成功类别,却在这套光谱平坦谱计算下超过原亮度切割。原选源用哪种孔径取光,光谱归一化又用了哪份数据,要回到对应观测逐项查明。程序保留三源与数值,不调整它们的星等,也不把不符悄悄删掉。

前面单独定义的三个亮源则都满足模型切割,而且暗弱边缘在红移十点五仍满足它。在这个亮片段内,每个源都采用同一个几何红移体积。这个检查只解决已声明光谱模型中的亮度范围;它没有找回原图像选择的完整概率。

对应阅读:JADES DR4 · Sandbox Physics

未知红移带来两个有条件的体积

先作一个可检查的假设:这份亮子样本与原类的分配和光谱成功情况可以交换使用。也就是说,亮子样本沿用原类的平均分配概率,并按原类成功与未知目标的比例处理光谱结果。这个条件让十二与十三等类计数能用于亮片段。

如果未知红移目标实际不在高红移范围,真正高红移目标的光谱成功比例取一。条件有效体积就是几何体积乘十二除以十三。如果未知者也在范围内,则七个成功对应八个真正高红移观测目标,再乘八分之七。

V1=Vgeom1213,V2=Vgeom121378V_1=V_{\rm geom}\frac{12}{13},\qquad V_2=V_{\rm geom}\frac{12}{13}\frac78
两个体积约为58989.797和51616.073立方百万秒差距。它们是关于未知者的两种规定情形,不是置信区间,也没有包住所有选源系统误差。
n1=3V1≃5.09×10−5 Mpc−3,n2=3V2≃5.81×10−5 Mpc−3n_1=\frac{3}{V_1}\simeq5.09\times10^{-5}\,\mathrm{Mpc}^{-3},\qquad n_2=\frac{3}{V_2}\simeq5.81\times10^{-5}\,\mathrm{Mpc}^{-3}
这是该亮片段的条件类密度,单位没有每等。没有随意再除一个亮度宽度,把它改名为发表的光度函数点。

对应阅读:Curtis-Lake et al. · Sandbox Physics

这份密度仍带着指向和选源条件

MSA指向曾为稀有高红移目标优化。这样的天区选择本身就可能偏向目标集中的位置。即使上面的分配和红移未知处理完全正确,条件类密度也不是随机抽样的宇宙平均;问题不只在三个源的泊松起伏或通常所说的场间差异。

原候选目录的成像检出、视觉检查、光度红移选择,以及光谱成功率随亮度变化的概率,都还没有由这份小包标定。要推向更一般的总体,需要把这些选择步骤和指向优化一起建模。前面的四波段模拟只能说明它自己的受控条件,不能补上这些观测概率。

目录还保留新旧gold标记,便于看清成员变化。用更新测光重新选一份gold样本后,原类别的分配统计并不会自动跟过去。另一个保留的不符是,当前类计数给出十二除以十三和二十一除以二十六,没有复现表10印刷的两个因子。这里没有据此改表或宣布原文算错;这份限定复算与论文汇总结果分别标记。

对应阅读:Curtis-Lake et al. · Sandbox Physics

从十二行事实独立跑到结果

下载条件体积包,先打开README和conditions.json,核对版本、面积、边界、假设与许可,再查看CSV里的十二行。解压后运行replay.py,会重新归类、求七个亮度视界、算体积并输出三个入选ID,保留不符与所有检查。

这份公开包在新目录实际通过六十二项冷复算检查。原结果另有四十七项独立门;公开包新增了重复ID、坏标记、错误类别和非有限输入等拒绝案例。MIT许可只覆盖原创程序,目录事实与论文表格继续保留JADES及作者归属。

对应阅读:Sandbox Physics · JADES DR4

亲手观察

把模拟概率与原观测条件逐项对照

  1. 读固定模拟巡天的红移区间、面积与尺寸。
  2. 打开真实条件包的conditions.json,列出它不同的面积、宇宙学和目标类别。
  3. 指出哪份结果来自已知模板的噪声恢复,哪份来自原观测类别的分配与光谱成功。

Lab提供受控像素与固定模拟巡天;真实样本的条件体积由独立小包重算,两者使用各自声明的输入。

练习与答案

只留下两个成功源,也把几何面积乘三分之二,能否声称复现原三个源结果?

不能。计数与面积来自不同已声明输入,不能为了保持比值而一起改动。先核对三个原ID、固定类别和面积,再计算密度。

若把未知E级目标直接算作一个高红移成功,会改变哪一步?

它会把未知情形当成已测红移,改变成功数与计数。这里的两个体积只改变未知者是否在真值范围的假设,实际确认的三个源仍是三个。

模拟源注入检查已经通过,为什么还需要真实巡天自己的选择标定?

模拟使用规定光谱、形状、噪声与已知位置。原观测还经历不同图像、候选视觉检查、光度红移与优化指向;这些概率要在对应流程中测量。

一手来源与计算说明

  1. Hogg (1999), Distance measures in cosmology

    光度距离一节:全频积分通量、角径与光度距离,以及光谱密度变换。数值例子采用明示的无辐射宇宙学模型。

  2. Curtis-Lake et al., JADES DR4 Paper I, v2

    第二版日期2026年5月7日。核读第2.4、3.3、4.5、5节,表2、4、10与式1至3。保留原类别、优化指向及原选源与更新gold样本的区别。

  3. JADES DR4, twelve original-class fact rows

    准确Combined_DR4_external_v1.2.1.fits之Obs_info核对中的小份事实抽取。原目录URL、SHA、表格条件与归属随复算包保存;不分发完整FITS。

  4. Sandbox Physics, conditional JADES volume cold replay

    十二行事实、注明来源的表2与4条件、原体积函数、七个亮度视界及保留的模型切割和表10不符。实际冷复算62项;限定目标类别,不是宇宙平均光度函数。

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