用超高速星探测修正牛顿动力学
星系天体物理
2022-03-10 v3 宇宙学与河外天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
我们表明，测量超高速星（HVSs）的速度分量可以区分修正牛顿动力学（MOND）与牛顿引力。HVSs 从银河系中心沿径向轨迹抛出，在银河系参考系中切向速度分量为零。由于银河系引力势的非球对称分量，它们获得了切向分量。轴对称势仅影响纬度分量 v_θ，而非零方位角分量 v_φ 源于非轴对称物质分布。对于抛射速度足够高的 HVSs，v_φ 与引力势偏离轴对称的程度成正比。对于 4 M_⊙ 的恒星，抛射速度阈值约为 750 km/s，并随 HVS 质量减小而增大。我们确定了若 QUMOND（MOND 的准线性表述）为正确引力理论，且三轴银河系核球或非球形热气体晕为 v_φ 主要来源时，这些高速 HVSs 的 v_φ 随银心距离变化的上限。在牛顿引力下，若暗物质（DM）晕为三轴，或 DM 晕与重子分量均为轴对称但两者对称轴错位，则银心 60 kpc 内的 HVSs 的 v_φ 值可能轻易高于 QUMOND 上限。因此，即便有限的高速 HVSs 样本也能区分 QUMOND 与 DM 模型。该检验目前受限于：（i）缺乏在待约束模型中评估恒星 HVS 性质的正确流程；以及（ii）当前 v_φ 的不确定性过大，约达 10 倍。评估恒星 HVS 性质的正确流程与微角秒精度的天体测量将使此检验可行。
引用
@article{arxiv.2104.10174,
title = {Probing modified Newtonian dynamics with hypervelocity stars},
author = {Sankha Subhra Chakrabarty and Luisa Ostorero and Arianna Gallo and Stefano Ebagezio and Antonaldo Diaferio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.10174},
year = {2022}
}
备注
16 pages, 15 figures. Minor modifications, matched with the published version