用DESI检验引力理论：估计量、预言与模拟需求

广义相对论（GR）在提出后不久即被用于预言宇宙最大尺度上的行为，并后来成为现代宇宙学的基础。其有效性已在从太阳系到并合黑洞的一系列尺度和环境中得到验证。然而，迄今为止在宇宙学尺度上对GR的实验确认尚缺乏人们所期望的精度——其在这些尺度上的应用很大程度上基于外推，且其有效性有时在出乎意料的宇宙加速阴影下受到质疑。未来将巡测可观宇宙大部分区域中星系分布与演化的天文仪器，如暗能量光谱仪（DESI），将能够测量引力的指纹，其统计能力将对GR的替代理论给出强约束。在本文中，基于一组$N$体模拟与模拟星系目录，我们在两个被广泛研究的修正引力模型——变色龙$f(R)$引力与膜世界模型——中，研究了若干传统与新颖的超出线性红移畸变的估计量的预言，以及利用DESI检验这些对GR偏离的潜力。这些估计量运用了星系与底层暗物质场的广泛统计性质，包括两点及高阶统计量、环境依赖性、红移空间畸变与弱引力透镜。我们发现它们对以空前精度检验GR具有可观的能力。未来的主要挑战是为GR与替代模型制作逼真的、基于模拟的模拟星系目录，以充分利用DESI巡测的统计能力并更好地理解关键系统误差的影响。利用这些，我们明确了利用DESI进行引力检验的未来模拟与分析需求。