利用星系周围卫星的运动检验引力理论：牛顿引力与修正牛顿动力学之对比

距离正常星系 50-500 kpc 处的卫星星系的运动为相关理论提供了敏感的检验。我们研究了斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）中孤立星系周围卫星的面密度和速度。我们发现，卫星的面数密度随投影距离呈幂律下降，斜率为 -1.5 至 -2。均方根速度逐渐下降：观测结果以 10 sigma 的置信度排除了恒定速度的可能性。我们表明，观测数据强烈支持标准模型：卫星的三个主要统计量——数密度轮廓、视线速度弥散以及速度分布函数——与标准宇宙学模型的预测吻合得非常好。因此，标准模型的成功延伸到了 (50-500) kpc 的尺度，这远低于此前所认为的范围。对于假设卫星具有任意单一幂律数密度轮廓和任意恒定速度各向异性的模型，修正牛顿动力学（MOND）在这些尺度上失效，因为它预测卫星的均方根速度近乎恒定。卫星数据可以通过精细调节的模型进行拟合，但这些模型要求：(1) 特定的非幂律密度轮廓；(2) 在大距离处具有极径向的轨道（在 200-300 kpc 处速度各向异性 $\beta$ = 0.6-0.7）；以及 (3) 恒星质量比在星系中发现的质量多出 2-2.5 倍。外部引力——MOND 的一个必要组成部分——使得情况更加糟糕。我们认为，结合卫星数据和对恒星质量的观测约束，使得这些模型变得非常成问题。