利用 21 cm 强度映射、HI 星系、宇宙微波背景、光学星系、弱引力透镜、星系成团、Ia 型超新星与引力波巡天检验修正引力

在现代宇宙学中，一项重要任务是探究宇宙中是否存在修正引力的信号。由于设备的分辨率和灵敏度有限，当前观测无法探测到任何修正引力信号。因此，预测未来宇宙学巡天对修正引力的约束能力十分紧迫。我们利用八项未来主流探测手段约束 Hu-Sawicki $f(R)$ 引力，包括 21 cm 强度映射、HI 星系、宇宙微波背景、光学星系、弱引力透镜、星系成团、Ia 型超新星和引力波。我们发现，在八项探测中，HI 星系巡天 SKA2 给出了最强的约束 $\sigma_{f_{R0}}=1.36\times10^{-8}$。有前景的 21 cm 强度映射巡天 SKA1-MID-B1 和光学星系巡天 Euclid 也达到了 $\mathcal{O}$(-8) 量级。第四代 CMB 实验 SO 和 CORE 产生 $\mathcal{O}$(-6) 量级，而大尺度结构巡天 Euclid 弱引力透镜、Euclid 星系成团和 CSST 弱引力透镜得到 $\mathcal{O}$(-5) 量级。有趣的是，CSST 星系成团给出了与 SO 和 CORE 相同的 $\mathcal{O}$(-6) 量级，引力波巡天 ET 也得到 $\mathcal{O}$(-5) 量级。八项探测的组合给出了最紧的约束 $1.14\times10^{-8}$，仅比 SKA2 与 SK1-MID-B1 组合的 $1.34\times10^{-8}$ 略强。这表明，在很大程度上，未来的 21 cm 强度映射和 HI 星系巡天能够增进我们对修正引力及宇宙成分中能量构成的理解。