变色龙 f(R) 引力在星系旋转曲线上的印记

当前在星系与星系际尺度上对引力的约束相对较弱。屏蔽修正引力模型可在不违反太阳系内严格引力检验的前提下，于这些尺度上表现出复杂行为。因此它们可能提供可行的引力理论扩展。本文利用星系运动学约束屏蔽修正引力模型。我们聚焦于变色龙 $f(R)$ 引力，并预测其对星系旋转曲线与径向加速度关系的影响。这是通过利用 \textsc{mg-gadget} 代码对来自 \textsc{auriga project} 的最先进星系形成模拟进行后处理实现的。对于给定的星系，划分屏蔽与非屏蔽区域的界面呈扁椭球形状，反映了星系质量分布的盘状形态。在“屏蔽半径”——即盘平面内触发屏蔽的半径处——旋转曲线与径向加速度关系中均出现特征性的“上拐”。这些特征的位置取决于多种因素，如星系质量、密度轮廓的集中度以及背景场振幅 $f_{R0}$ 的值。恒星的自屏蔽与环境屏蔽也起作用。对于银河系大小的星系，我们发现 $|f_{R0}|=10^{-7}$ 的模型所产生的旋转曲线与 $\Lambda$CDM 无法区分，而对于 $|f_{R0}| \geq 2 \times 10^{-6}$ 的模型，模拟星系完全未被屏蔽，违反了太阳系约束。对于中间值，则出现明显的上拐。通过对现有观测旋转曲线样本（包括较低质量天体）的细致统计分析，应有可能对 $f(R)$ 引力实现灵敏至 $|f_{R0}|\sim10^{-7}$ 的约束。