General relativistic weak-field limit and Newtonian N-body simulations
我们展示了如何标准的牛顿N体模拟可以解释弱场限制的广义相对论采用最近开发的牛顿运动规范。我们的框架允许包括辐射扰动和非线性演化的问题。我们展示了如何构建弱场度规结合牛顿模拟结果从爱因斯坦-玻尔兹曼代码。我们讨论了观测对弱透镜效应和光线追踪的影响，确定了重要的相对论修正。
2017-11-29 astro-ph.CO gr-qc
Newtonian hydrodynamic equations with relativistic pressure and velocity
我们提出了一个新的近似，包括完全广义相对论的压力和速度在牛顿流体力学。在弱引力和超距作用极限的假设下，从零剪切规范中的爱因斯坦引力出发，导出了能量守恒、动量守恒和两个泊松方程。在没有引力的情况下，方程显示了适当的狭义相对论极限。我们的近似是互补的后牛顿近似和方程是有效的完全非线性的情况下。
2016-03-16 astro-ph.CO gr-qc
Relativistic Interpretation of Newtonian Simulations for Cosmic Structure Formation
研究物质非线性坍缩的标准数值工具是牛顿$N$体模拟。以前的工作表明，这些模拟是根据广义相对论（GR）的微扰理论的一阶，从辐射的影响可以忽略不计。在本文中，我们表明，目前的物质密度收到超过1 $\%$修正辐射在大尺度上，如果牛顿模拟初始化之前，$z=50$。我们提供了一个相对论的框架中，\emph{unmodified}牛顿模拟是兼容的线性GR，即使在辐射的存在下。我们的想法是使用GR微扰理论来跟踪相对论性物质的演化和相对论性时空与$N$体模拟中计算的牛顿轨迹一致。如果度规势足够小，它们可以使用一阶爱因斯坦-玻尔兹曼代码（如CLASS）来计算。我们通过定义一类GR规范，即\emph{Newtonian motion}规范，使这一想法严格，它被定义为使物质粒子遵循牛顿轨迹。我们构造了一个简单的相对论性时空的例子，在这个例子中，可以解释未修改的牛顿模拟。
2016-10-06 astro-ph.CO gr-qc
The Local Group as a test system for Modified Newtonian Dynamics
由于M31星系的加速度完全处于深MOND区$a \ll a_0$，因此本星系群（LG）是修正牛顿动力学（Modified Newtonian Dynamics）的一个合适的检验系统。我们将LG模型化为$M31$和银河系（MW）的两体问题。{扩展以前的研究，我们还包括宇宙学常数。}假设在大爆炸中，星系从同一个地方出现，并接近今天测量的距离和速度（计时论证），预测LG的总质量：$(0.447 \pm 0.005)\cdot 10^{12} M_{\odot}$。LG的相应运动预示着过去的遭遇。MOND考虑的重子质量与牛顿情况下预测的质量（包括暗物质）之比为$10.74 \pm 0.82$。这个比例与其他星系中的暗物质和重子物质的比例一致。
2020-07-25 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Newtonian versus relativistic cosmology
我们展示了相对论性物质和速度功率谱在不同规范下的表现。我们构造了一个新的规范，在所有尺度下，这两个谱都符合牛顿理论。然而，在这个规范中存在着牛顿理论中不存在的几何量，例如哈勃参数的局部变化。将这个量与二阶牛顿量进行比较，我们发现牛顿理论在大于10 Mpc的尺度上是不准确的。这强调了相对论修正对牛顿宇宙学N体模拟在这些尺度上的重要性。
2012-09-05 astro-ph.CO
The large-scale general-relativistic correction for Newtonian mocks
我们澄清了微妙的问题，找到正确的映射牛顿模拟光锥观测在非常大的距离尺度。一个忠实的广义相对论解释指定了一个规范，即一个将模拟数据与时空流形上的点联系起来的图表。已经指出，牛顿模拟的隐式规范选择确实不同于相对论计算中通常采用的泊松规范，这种差异在大尺度下最为显著。因此，这是不一致的，例如，预测弱透镜观测模拟，除非这个规范的问题是适当的考虑。使用微扰理论以及完全相对论N体模拟，我们量化的系统误差介绍了这种方式，我们讨论了几种解决方案，将使计算相对论自洽。
2019-09-16 astro-ph.CO gr-qc
Large-scale peculiar velocity fields: Newtonian vs relativistic treatment
我们采用微扰分析来研究牛顿引力框架内大尺度奇异速度场的演化，然后将我们的结果与相应的相对论处理的结果进行比较。在这样做时，我们使用相同的数学形式主义，并应用相同的物理方法。这有助于在两种治疗之间进行直接和透明的比较。我们的研究恢复和扩展熟悉的牛顿的结果，一方面，而另一方面，它表明，牛顿分析导致显着较弱的增长率的特殊速度场，相对论的方法相比。这意味着，如果使用牛顿的理论而不是爱因斯坦的理论，人们可能会严重低估宇宙学特殊运动的整体运动学演化。我们也能够确定这两种理论得出如此不同的结果和结论的原因。
2021-01-21 astro-ph.CO gr-qc
Radial-orbit instability in modified Newtonian dynamics
利用N体程序N-MODY对径向各向异性球形恒星系统在修正牛顿动力学（MOND）中的稳定性进行了数值模拟。我们发现，Osipkov-Merritt MOND模型的稳定性需要更大的最小各向异性半径比等效的牛顿系统（ENS）的暗物质，也比纯重子牛顿模型具有相同的密度分布。MOND模型中Fridman-Polyachenko-Shukhman参数稳定性的最大值低于ENSS，但高于没有暗物质的牛顿模型。我们的结论是，MOND系统更容易径向轨道不稳定性比ENSS暗物质，而他们能够支持更大量的动能存储在径向轨道比纯重子牛顿系统。试图解释这些结果，并简要讨论了它们与观测到的球状星团，矮球状和椭圆星系的运动学的MOND解释的相关性。
2011-03-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Phase transition in Modified Newtonian Dynamics (MONDian) self-gravitating systems
本文研究了三维空间中修正牛顿动力学（MOND）引力相互作用下二元系统的统计力学。考虑到二元系统，在微正则和正则系综，我们表明，在微正则系统中，不同于牛顿引力，有一个尖锐的相变，高温均匀相和低温结块的二元。在正则系统中定义一个序参量，我们找到了一个更平滑的相变，并根据二元系统的物理参数确定了相应的临界温度。
2021-09-06 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
Computing General Relativistic effects from Newtonian N-body simulations: Frame dragging in the post-Friedmann approach
本文首次计算了完全非线性宇宙学大尺度结构研究中的一个本征相对论性量。传统上，标准ΛCDM宇宙学中的非线性结构的形成是使用N体模拟来研究的，基于膨胀背景下的牛顿引力动力学。当人们以一种与爱因斯坦方程一致近似的方式导出牛顿体系时，除了通常的牛顿标量势之外，在度规中还存在一个引起标架拖曳的重磁矢量势。在主导阶，这个矢势不影响物质动力学，因此它可以从牛顿N体模拟计算。我们解释了如何从ΛCDM中的模拟计算矢量势，并检查其相对于标量势的大小。我们还讨论了一些可能的可观察到的影响。
2013-06-06 astro-ph.CO gr-qc
Acceleration Relations in the Milky Way as Differentiators of Modified Gravity Theories
星系的动力学质量与重子产生的牛顿加速度之间存在着强关联。这种关系被称为“质量-离散加速度关系”（MDAR）。进一步的研究揭示了一个更紧密的关系--“径向加速度关系”（RAR）--在观测到的总加速度和重子产生的（牛顿）加速度之间。到目前为止，修正的引力理论仍然比$Λ$ CDM更成功地解释了这些关系。然而，最近的一项研究指出，当RAR被表示为观测到的加速度和预期的重子牛顿加速度之间的差异（这被称为“晕加速关系或HAR”）时，它为修正的引力理论和暗物质假设提供了更强的检验。扩展我们以前的工作\citep{kt2018}，我们提出了一个案例研究的修改后的重力理论，特别是外尔共形重力和修改后的牛顿动力学（MOND），使用最近推断的银河系加速度数据。我们调查如何以及这些理论的引力和RAR标度律可以解释目前的观察。
2020-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Newtonian and Relativistic Cosmologies
宇宙学N体模拟现在正在使用牛顿引力在大于哈勃半径的尺度上进行。众所周知，在牛顿引力中，均匀膨胀的均匀尘埃球满足相对论FLRW宇宙学中出现的相同方程，并且在边缘束缚/空间平坦的情况下，牛顿和相对论尘埃宇宙学之间的对应关系在线性微扰理论中继续保持。然而，当在小尺度上存在显著的非线性动力学行为时，牛顿引力能提供一个很好的非均匀宇宙学的全局描述还远未可知。我们调查这个问题的光微扰框架，我们最近开发的，它允许在小尺度的非线性。我们提出了一个相对简单的“字典”-这是准确的线性化水平-映射到广义相对论尘埃宇宙学的牛顿尘埃宇宙学，我们用我们的“排序方案”来确定所得到的度量和物质分布解决爱因斯坦方程的程度。我们发现爱因斯坦方程在小尺度下不能保持在“1阶”，在大尺度下不能保持在“$ε$阶“。然后，我们找到额外的修正的度量和物质分布需要满足爱因斯坦方程的这些订单。虽然这些修正本身就有一定的意义，但我们计算它们的主要目的是，它们的微小性应该为原始词典（以及本词典的简化版本）的有效性提供一个标准。我们预计，在现实的牛顿宇宙学中，这些额外的修正将非常小;如果是这样，这应该为使用牛顿模拟来描述相对论宇宙学提供强有力的理由，即使在大于哈勃半径的尺度上。
2012-02-07 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Newtonian limit
我们描述了一个广泛的类的非均匀相对论性的解决方案，以及近似的宇宙尺度的牛顿引力的解决方案。误差估计测量牛顿和相对论的解决方案之间的差异。这里给出的解清楚地表明，牛顿引力在宇宙学尺度上可以提供一个很好的近似于广义相对论。
2014-06-04 astro-ph.CO gr-qc
Dark matter and Modified Newtonian Dynamics in a sample of high-redshift galaxy clusters observed with Chandra
本文比较了用修正牛顿动力学（MOND）和标准牛顿引力理论对Chandra观测到的38个高红移星系团的引力质量的测量结果。我们的分析证实了先前的发现，MOND不能解释重子质量和总质量之间的差异推断流体静力平衡的假设。我们还发现用MOND方法计算的$r_{2500}$的重子分数与用Wilkinson微波各向异性探测器（WMAP）测量的$Ω_{B}/Ω_{M}$的重子分数是一致的
2009-07-14 astro-ph.CO
Recovering modified Newtonian dynamics by changing inertia
米尔格罗姆的修正牛顿动力学（MOND）在解释各种星系的旋转曲线方面做得很好，假设牛顿动力学在银河系中通常发现的极低加速度下会崩溃。牛顿动力学的这种崩溃可能是重力修正的结果，也可能是惯性修正的表现。本文基于三个基本假设导出了MOND现象：1）引力质量守恒; 2）平方反比定律适用于大距离; 3）惯性质量依赖于外部引力场。这些假设不仅恢复了深MOND行为，宇宙的加速膨胀也是这些假设的结果。然后，拉格朗日公式的开发，发现假设的普遍加速度常数a0实际上是缓慢变化的一个因素不超过4。这个变化的“常数”足以解释明亮星系团中的质量差异。
2011-05-31 astro-ph.CO
Non-Gaussian initial conditions in $Λ$CDM: Newtonian, relativistic and primordial contributions
本文的目标是设置初始条件的结构形成在非线性秩序，符合广义相对论，同时也允许原始的非高斯。利用非线性连续性方程和Raychauduri方程，结合非线性能量约束，确定了广义相对论中物质密度涨落的演化.我们解决这个方程在第一和第二阶微扰膨胀，恢复和扩展以前的结果在物质主导的限制和牛顿制度。我们给出了$Λ$ CDM宇宙中密度对比度随时间变化的二阶解，由于相对论约束方程的本质非线性，确定了来自牛顿增长模式、原始非高斯性和内禀非高斯性的非线性贡献.我们讨论了这些结果的应用程序在N体模拟的初始条件，表明相对论修正模仿一个非零的非线性参数$f_{\rm NL}$。
2014-02-15 astro-ph.CO gr-qc
Comparing Fully General Relativistic and Newtonian Calculations of Structure Formation
在研究宇宙结构形成的标准方法中，宇宙的整体膨胀被假设为均匀的，不均匀性的引力效应完全编码在牛顿势中。一个持续争论的话题是，这在多大程度上完全抓住了广义相对论所规定的动力学，特别是在精确宇宙学时代。为了定量评估这一点，我们直接比较标准的N-体牛顿计算爱因斯坦方程的完整数值解，冷物质与不同大小的初始不均匀性的尺度可比的哈勃视界。我们分析了密度，光度距离，和其他数量的定义相对于基准观察员的演变的差异。这是通过重建牛顿量所决定的有效时空和物质场，并注意区分数值分辨率的影响来实现的。我们发现，完全广义相对论和牛顿计算显示出良好的协议，甚至进入非线性政权。它们只在弱引力假设失效的区域有显著的不同，这是在考虑扰动超过标准值的极端情况时出现的。
2018-02-09 astro-ph.CO gr-qc
A Relativistic Interpretation of Bias in Newtonian Simulations
宇宙结构的观测对象通常不是底层的物质场，而是有偏差的物质示踪物，如星系或晕。我们展示了如何在牛顿N体模拟中发现的偏见可以解释在弱场限制的广义相对论（GR）。为此，我们采用标准的牛顿模拟冷暗物质，并通过弱场字典，我们最近开发的GR/辐射。我们发现，即使当一个简单的本地偏置方案采用牛顿模拟，相对论偏置成为固有的尺度依赖性由于辐射和GR校正的存在。在即将进行的调查中，原则上可以在大规模上观察到这种规模依赖性。作为一个工作的例子，我们将我们的方法应用到牛顿模拟的球形崩溃和恢复千分之一级的协议之间的方法提取的相对论性偏差在所有考虑的尺度。
2019-02-25 astro-ph.CO
Polytropic model fits to the globular cluster NGC 2419 in Modified Newtonian Dynamics
我们提出了一个分析的球状星团NGC 2419，使用多方模型的修正牛顿动力学（MOND）再现最近发表的高质量的数据的结构和运动学的系统。我们表明，之前研究提出的NGC 2419的特定MOND多变模型可以被数据完全排除。此外，MOND中的最高似然拟合多面体是比Ibata等人（2011）早期贡献中研究的牛顿Michie模型差得多的模型（大约5000倍）。我们的结论是，NGC 2419的结构和动力学有利于牛顿动力学，确实挑战了MOND理论。
2011-10-18 astro-ph.CO
On the problem of deformed spherical systems in Modified Newtonian Dynamics
根据牛顿动力学，观测表明，星系大小或更大的天体的发光质量不足以产生它们应该确定的测量运动。这通常归因于暗物质的存在，它拥有质量但不辐射（或吸收辐射）。或者，如果潜在的动力学不是牛顿的，那么这种不匹配也可以得到解释。在这个概念框架内，修正的牛顿动力学（MOND）是一个成功的理论范式。MOND通常表示为非线性泊松方程，这是很难分析的任意物质分布。基于牛顿场和MONDian场都是守恒的这一事实（我们称之为相容条件），研究了由轻微非球对称质量分布产生的MONDian引力场.由于MOND的非相对论版本有两种不同的表述（AQUAL和QuMOND），并且相容性条件可以用两种方式表示，因此总共有四种方法来解决这个问题。该方法涉及解决一个适当定义的线性变形势，这通常取决于MOND插值函数的选择。然而，对于某些特定形式的变形势，解与插值函数无关。
2016-04-20 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology of the Galileon extension of Bekenstein's theory of relativistic Modified Newtonian Dynamics
一个推广的贝肯斯坦的张量-矢量-标量（TeVeS）模型的修改重力最近被提出作为一种替代暗物质。这个模型--我们将称之为g-TeVeS --利用伽利略诱导的Vainshtein机制来抑制在强引力体系中对广义相对论的修改，从而避免了引入通常存在于修正牛顿动力学（MOND）的相对论模型中的巴洛克动力学项的需要。我们探讨了这个模型在精确的Friedmann-Robertson-Walker（FRW）对称时空中的行为。该理论恢复MOND现象的能力限制了理论的参数空间，并且发现在参数空间的这一区域的估计内，该理论不能成功地近似冷暗物质的弗里德曼宇宙学行为。据发现，更接近的协议可能会恢复在其他地区的理论的参数空间和原因进行了讨论。
2017-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Newtonian limit of fully nonlinear cosmological perturbations in Einstein's gravity
我们证明，在无限光速极限（即，非相对论性和亚视界极限），在零剪切规范和均匀膨胀规范两种规范条件下的相对论性完全非线性宇宙学扰动方程精确地再现了宇宙学背景下的牛顿流体动力学微扰方程;因此，在同样的两种规范条件下，牛顿流体动力学微扰方程精确地恢复到闵可夫斯基背景下。
2013-07-01 astro-ph.CO gr-qc
Testing modified Newtonian dynamics in the Milky Way
修正牛顿动力学（Modified Newtonian Dynamics，MOND）是一种经验理论，最初被提出来解释螺旋星系的旋转曲线，通过修改引力加速度，而不是通过调用暗物质。在这里，我们使用最新的编译银河系的运动示踪剂和银河系中重子分量的形态的全面收集MOND的限制。特别是，我们发现对于所研究的任何重子模型，所谓的“标准”插值函数都不能同时解释银河系和外星系的自转曲线，而对于某些重子模型，所谓的“简单”插值函数则可以解释。即将到来的天文观测将完善我们对重子形态的认识，并最终确认或排除MOND在银河系中的有效性。我们还提出了MOND类理论的限制，而不作任何假设的插值函数。
2015-10-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Novel Test of the Modified Newtonian Dynamics with Gas Rich Galaxies
当前的宇宙学范式LCDM要求宇宙的质能由不可见的成分主导：暗物质和暗能量。对这些黑暗成分的一种替代方法是在相关尺度上修改引力定律。重子塔利-费雪关系（BTFR）提供了对这些想法的检验，BTFR是观测到的星系质量与其自转速度之间的经验关系。在这里，我报告一个测试，使用气体丰富的星系，两个轴的BTFR可以独立测量的理论正在测试，没有系统的不确定性，影响相同的测试与恒星为主的螺旋恒星质量。数据准确地落在修正牛顿动力学（MOND）的先验预测。BTFR的分散完全归因于观测的不确定性。这是一个单一的有效力法的行动是一致的，但提出了一个严重的微调问题LCDM。
2011-02-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isolated and non-isolated dwarfs in terms of modified Newtonian dynamics
在修正的牛顿动力学（MOND）的框架内，我们调查的两个矮旋涡星系的运动学属于非常不同的环境，即KK 246在本地虚空和Holmberg II在M81组。首次提出了KK 246自转曲线的质量模型，并证明了观测到的运动学与MOND模型一致。我们重新推导出外旋转曲线的Holmberg II，通过模拟其HI数据立方体，并发现其倾斜度应该更接近于面对比以前推导。这意味着Holmberg II在其外部具有更高的旋转速度，尽管没有非常精确的限制，但与MOND预测一致。
2012-05-31 astro-ph.CO
What do gas-rich galaxies actually tell us about modified Newtonian dynamics?
最近有人声称，重子塔利-费舍尔关系（BTFR），观测到的重子质量和星系外旋转速度之间的幂律关系的测量，支持修正牛顿动力学的预测的斜率和散射的关系，同时挑战冷暗物质（CDM）范式。我们研究了这些说法，发现：1）用于确定BTFR的数据中的分散性与数据上的观测不确定性相冲突; 2）这些数据并没有对最佳拟合BTFR参数做出很强的区分; 3）文献包含各种各样的BTFR测量，其中许多与最近的结果不一致; 4）声称的CDM对BTFR的“预测”是对所涉及的复杂星系尺度物理学的过度简化。我们的结论是，BTFR目前是不值得信赖的CDM的测试。
2012-04-24 astro-ph.CO
