在本地群及更远尺度上区分标准引力与修正引力

本作品集内的工作检验了如下假设：无法将牛顿平方反比引力定律从太阳系外推至星系尺度。特别地，我考察了修正牛顿动力学（MOND）的多种检验，该理论主张在极低加速度阈值以下引力被修正。尽管确实观测到了与牛顿动力学的不符，但它们通常可通过引入称为暗物质（DM）的适当不可见质量分布来解释。这导向标准宇宙学范式 $\Lambda$CDM。我考虑如何利用星系团的碰撞速度将其与 MOND 区分，在 MOND 中该速度有时应远快得多。我专注于更精确地测量这些速度，并得出结论：该检验在不久的将来应当可行。目前，我考察近得多且观测精确得多的本地群（LG）星系。其主要成员——银河系（MW）与仙女座星系（M31）——在 MOND 中应当经历过过去的近距离飞掠，而在 $\Lambda$CDM 中则不会。MW 与 M31 在飞掠前后的快速相对运动会使它们能以引力弹弓将任何经过的 LG 矮星系以高速抛射出去。我考察是否存在此类高速星系（HVGs）的证据。在 LG 的两个不同 $\Lambda$CDM 模型中发现了若干候选体，其中之一由该范式的奠基者所写。这些 HVGs 的性质与 MOND 中可能预期的相似，尤其是它们趋于靠近一个平面。在更确信其有效性后，我用 MOND 确定了 MW 在 8$-$50 kpc 距离范围内的逃逸速度曲线，发现与最新观测合理吻合。最后我讨论了 MOND 研究可能的未来方向。