星系形态排除具有天体物理相关性的 Hu-Sawicki $f(R)$ 引力

$f(R)$ 是一种典型的修正引力理论，代表了具有新轻自由度因而在质量间存在屏蔽第五力的广义相对论的扩展。这些力在星系形态中产生可观测特征，其成因是星系各质量组分间屏蔽的差异化影响导致弱等效原理被破坏。我们编制了两种形态学指标——星系中恒星与气体的偏移以及恒星盘翘曲——的统计数据集，并用它们约束薄壳屏蔽第五力的强度与范围。这是通过对以往工作（Desmond 等人 2018a,b）应用一套全面的改进来实现的：我们为形态学信号构建了稳健的逐星系贝叶斯前向模型，包括输入量不确定性的完整传播以及对一个描述天体物理噪声的经验模型的边际化。采用比以往更严格的数据质量截断，我们未发现康普顿波长范围 $0.3-8$ Mpc 内任何强度 $\Delta G/G_\text{N}$ 的屏蔽第五力的证据，在 $\lambda_C=0.3$ Mpc 处设定 $1\sigma$ 界限 $\Delta G/G_\text{N}<0.8$，并在 $\lambda_C=8$ Mpc 处加强至 $\Delta G/G_\text{N}<3\times10^{-5}$。这些是迄今太阳系外最紧的界限，超出一个数量级以上。对于 $n=1$ 的 Hu-Sawicki $f(R)$ 模型，我们要求背景标量场值 $f_{R0} < 1.4 \times 10^{-8}$，迫使几乎所有天体物理对象都被屏蔽。我们得出结论：该模型与天体物理学或宇宙学无关。