[论文解读] Galaxy Cluster A1689 in Modified MOND, MOG and Emergent Gravity

Alistair O. Hodson, Hongsheng Zhao|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 9被引用 10

一句话总结

本研究在星系团A1689中检验了修正引力理论——EMOND、GMOND、MOG和涌现引力——以确定其是否能在不引入暗物质的情况下重现强引力透镜效应推导出的质量分布。结果表明，GMOND、EMOND和MOG成功匹配了类似NFW的加速度分布，而涌现引力则失败，凸显了重子物质分布在此类修正引力模型中的关键作用。

ABSTRACT

We model the cluster A1689 in two modified MOND frameworks (EMOND and what we call generalised MOND or GMOND) with the aim of determining whether it is possible to explain the inferred acceleration profile, from gravitational lensing, without the aid of dark matter. We also compare our result to predictions from MOG/STVG and Emergent Gravity. By using a baryonic mass model, we determine the total gravitational acceleration predicted by the modified gravitational equations and compare the result to NFW profiles of dark matter studies on A1689 from the literature. Theory parameters are inferred empirically, with the aid of previous work. We are able to reproduce the desired acceleration profile of A1689 for GMOND, EMOND and MOG, but not Emergent Gravity. There is much more work which needs to be conducted with regards to understanding how the GMOND parameters behave in different environments. Furthermore, we show that the exact baryonic profile becomes very important when undertaking modified gravity modelling rather than ΛCDM.

研究动机与目标

• 评估修正引力理论是否能在不引入暗物质的情况下解释星系团A1689的引力透镜质量分布。
• 评估EMOND、GMOND、MOG和涌现引力在重现A1689观测到的类似NFW的加速度分布方面的表现。
• 研究结果对修正引力模型中重子物质分布精确形式的敏感性。
• 利用A1689的数据，探索GMOND和EMOND中理论参数（如$A_0$、$f$）的经验约束。
• 将这些修正引力框架的预测与文献中标准$\Lambda$CDM NFW暗物质分布进行比较。

提出的方法

• 利用观测到的恒星和气体分布，为A1689构建重子物质质量模型，以计算牛顿引力势。
• 应用EMOND（其中$a_0$为势的函数）、GMOND（含两个可调参数$f$和$A_0$）、MOG和涌现引力的修正引力方程，计算总引力加速度。
• 将每种理论预测的加速度分布与从A1689引力透镜研究中推导出的NFW暗物质分布进行比较。
• 通过经验拟合确定GMOND中$A_0$和$f$的最优值，以匹配观测分布，将其视为自由参数。
• 评估结果对重子物质分布变化的敏感性，强调此类细节对修正引力预测具有显著影响。
• 通过将预测加速度与推导出的引力透镜质量分布进行比较，评估模型与透镜数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 EMOND、GMOND、MOG或涌现引力是否能在不引入暗物质的情况下重现A1689的引力透镜质量分布？
• RQ2 GMOND中参数$A_0$和$f$如何影响预测的加速度分布？能否基于A1689的数据对这些参数进行经验约束？
• RQ3 与$\Lambda$CDM相比，精确的重子物质分布对修正引力模型结果的影响程度如何？
• RQ4 EMOND和GMOND的预测与MOG及涌现引力在解释A1689引力透镜效应方面的表现有何异同？
• RQ5 是否存在某种动力学机制可解释GMOND中$A_0$和$f$的取值，还是目前它们仅为经验参数？

主要发现

• GMOND、EMOND和MOG在不依赖暗物质的情况下成功重现了A1689中由引力透镜推导出的类似NFW的加速度分布。
• 涌现引力未能匹配观测到的引力透镜质量分布，表明在所测试假设下，其无法解释A1689的动力学行为。
• GMOND中$A_0$作为可调参数，有效控制了预测加速度分布的集中度，类似于$\Lambda$CDM中的集中度参数。
• 在GMOND中，将$A_0$从$50a_0$调整至$200a_0$，可使预测分布横跨一个与NFW分布重叠的范围，表明其对这一参数高度敏感。
• 重子物质分布的精确形状和大小在修正引力模型中显著影响预测的引力加速度，而这一影响在$\Lambda$CDM中并不显著。
• 本研究指出，未来需开展更深入的引力透镜分析与三轴建模工作，因为当前模型假设球对称性，可能无法准确反映A1689的真实形态。