galaxies and cosmology
DESCRIPTION
Galaxies and Cosmology. 5 points, vt-2007 Teacher: Göran Östlin Lectures 7-9. Theoretical cosmology. Problems with Newtonian Gravity and Mechanics: Gravity Inertial frames - absolute space and time General Relativity - matter curves space (& time), EP G + g = -8G T / c 4 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Galaxies and Cosmology
5 points, vt-2007
Teacher: Göran Östlin
Lectures 7-9
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Theoretical cosmology
Problems with Newtonian Gravity and Mechanics:GravityInertial frames - absolute space and time
General Relativity - matter curves space (& time), EPG + g = -8G T / c4
G, g, T are tensors
Geometry: line element
Cosmological principle: isotropy, homogeneity
Gravity can in General Relativity be regarded as a space curvature rather than a force
Orbit of earth a straight line in space-time
Geometrical cosmology: Line elements
€
ds2 = dx 2 + dy 2
ds2 = dx 2 + dy 2 + dz2
ds2 = dr2 + r2(dθ 2 + sin2θ dφ2)
ds2 = r2(dθ 2 + sin2θ dφ2)
ds2 = dx 2 + dy 2 + dz2 − c 2dt 2
ds2 < 0
ds2 = 0
ds2 > 0
2-dim cartesian
3-dim cartesian
3-dim spherical
2-dim curved space
Special relativity
Timelike separation
Null separation (light)
Spacelike separation
Robertson-Walker line element
€
ds2 = c 2dt 2 − R2(t)dr2
1− kr2+ r2(dθ 2 + sin2θ dφ2)
⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥
Simplest 4-dim (3 space, 1 time) space that fulfills the cosmological principle
Only R(t) changes with time -> homogeneously expanding or contracting space
Redshisfts…
z = (obs - em)/ em = obs / em - 1 = /
vr = z c
z = H0 d / c => v r= H0 d
Valid up to z 0.2
NB Special relativistic formula not more accurateGeneral relativistic description of space-time required
Redshift
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Redshifts…
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Cosmic time vs redshift
Newtonian derivation of Friedman equations(see handwritten handouts)
FRW-models, summary
Properties of the Universe set by3 parameters: m, , k of Which only 2 areIndependent: m + + k = 1
Age of universe for: closed(1), critical(2), open(3), and acellerating(4) models
Active galaxies / Active galactic nuclei (AGN)
Compact regions in the centre of galaxies withGreat luminosity and rapid variability.
Common characteristics:Broad emission lines, high excitation, jetsflat spectral energy distribution(non thermal)
Many classses:-Seyfert 1 & 2-Quasars, QSOs-Radio galaxies-Bl Lac, Blazars
… are all the same?
Quasars 1960’s and onwards
1963 Marten Schmidtdetermines redshiftfor the first time
Compare GRBsQuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerarekrävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Seyfert spectraQuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerarekrävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Broad and narrow linesPermitted and forbidden lines
Active galaxies / Active galactic nuclei (AGN)
Central enginevariability put limit on size: R ≤ c var
Schwarzschild radius: Rs = 2 G M / c2
Rs = size approx Uranus orbit for 109 M
Accretion allows conversion of 0.1mc2
(fusion only 0.7%)Radiation pressure will larger than gravity if L > LEDD
Accretion disk very hot continuum source => X-raysBroad line region, dense ionised clouds, rapid movingNarrow line region, dilute ionised clouds, slower
reverbration mappingObscuring torus with dust and molecular gas,
sublimation evacuate central part -> torusRelativistic (superluminal) Jets, and radio Lobes
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QSO spectrum
Note the broad emission lines and blue continuum
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Radio images of radio galaxiesSynchrotron emission
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
M87 (radio galaxy): jets both in optical and radio
Jets often one-sided due to relativistic beaming
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
F_lam vs F_lam*lam
Blazar spectra
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Superluminal motionQuickTime och en
TIFF (okomprimerat)-dekomprimerarekrävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
SuperluminalMotions !
QSO absorption lines
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Unified AGN models
Idea: all AGN are basically the same phenomenaDiffering due to different viewing angle and scale:
Face on view: see all components: Sy1, QSO if looking into jet: Bl Lac (Blazar)
Edge on view: see only hot torus and NLR, Sy2
Why some radio loud while others not?
Unified BH model not perfect, but nothing else works
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Unified model of AGN
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Unified Model
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Spiral seyfert2 with radio jets
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Seyfert1
QSO evolution - where are they now?
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Debate if fall off at z>3 is real
There must be many dead QSOs around in the local universe!
Kinematical evidence for BH in M87
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
+ Grav redshifted X-ray em-lines detected in Sy1’s
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Relation between black hole mass and sigma of host galaxy: a realtion between BH and Spheroid Mass-- Black Hole doesn’t care about disk-- Co-evolves with spheroid/bulge!
Clusters And Large Scale Structure (chapt. 4)
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
M33
Sex A
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
LeoI
Tidal drag on NGC205 from M31
Local Group
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
HCG31
GalaxyEvolution/Transformation
Caught inaction
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Rich clusters: Virgo and Comairregular vs regular
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
(large spiral fraction) (mostly ”early” types)) (more relaxed)
Hot gas in clustersX-ray emitting through thermal bremsstrahlung
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Efficient way of findingclusters
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Perseus cluster central galaxy
Butcher-Oemler effect, etc:
As we look back in time, the spiral fraction ofRich clusters become higher and higher (BO)
Cluster and Galaxy transformation
Interactions: galaxy mergerscluster mergergalaxy harassmentram pressure strippingdiffuse intracluster light: stars + gasvs Hot intracluster gas
Masses of clusters:Virial theorem: M = RA v
2 / G
- does it apply?
X-ray gas in Hydrostatic equilibrium - does it apply?
Gravitational lensing:
it does apply but only gives mass contrast
- Methods agree fairly well (factor of 2)
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Gravitational lensing
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Einstein ring
Abell 2218, strong lensingcf weak lensing (statistical)
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Angular distribution of Abell-clustersBrightest cluster galaxy method allows rough space distribution to be inferred
Virgo supercluster
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.Bound?-Not relaxed
LargeScaleFlows
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Distribution of galaxies on the sky
Sponge-like topology of universe
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
CfARedshiftSurveyGreat wall
Voids!
Finger of god
SDSS
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Distribution of red and blue galaxies in space
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Intergalactic matter
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Gunn-Peterson effect
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Cosmic shear
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Challenging!- Effect on each individual galaxy tiny- Only visible through lareg and deep samples
Measuring Clustering- Count in cells- 2-point corellation function
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerarekrävs för att kunna se bilden.
QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare
krävs för att kunna se bilden.
Peculiar velocities
Deviations from the Hubble flow
Basic Friedmann model universa(see handout papers)