galaxies and cosmology

69
QuickTime och en TIFF (okomprimerat)-dekomprimerare krävs för att kunna se bilden.

Upload: naiara

Post on 05-Jan-2016

26 views

Category:

Documents


0 download

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 = -8G T / c 4 - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Galaxies and Cosmology

Galaxies and Cosmology

5 points, vt-2007

Teacher: Göran Östlin

Lectures 7-9

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 2: Galaxies and Cosmology

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

Page 3: Galaxies and Cosmology

Gravity can in General Relativity be regarded as a space curvature rather than a force

Orbit of earth a straight line in space-time

Page 4: Galaxies and Cosmology

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

Page 5: Galaxies and Cosmology

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

Page 6: Galaxies and Cosmology
Page 7: Galaxies and Cosmology
Page 8: Galaxies and Cosmology

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

Page 9: Galaxies and Cosmology

Redshift

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 10: Galaxies and Cosmology

Redshifts…

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 11: Galaxies and Cosmology

Cosmic time vs redshift

Page 12: Galaxies and Cosmology

Newtonian derivation of Friedman equations(see handwritten handouts)

Page 13: Galaxies and Cosmology

FRW-models, summary

Page 14: Galaxies and Cosmology

Properties of the Universe set by3 parameters: m, , k of Which only 2 areIndependent: m + + k = 1

Page 15: Galaxies and Cosmology

Age of universe for: closed(1), critical(2), open(3), and acellerating(4) models

Page 16: Galaxies and Cosmology

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?

Page 17: Galaxies and Cosmology

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.

Page 18: Galaxies and Cosmology

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

Page 19: Galaxies and Cosmology

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

Page 20: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

QSO spectrum

Note the broad emission lines and blue continuum

Page 21: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 22: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Radio images of radio galaxiesSynchrotron emission

Page 23: Galaxies and Cosmology

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

Page 24: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 25: Galaxies and Cosmology

F_lam vs F_lam*lam

Page 26: Galaxies and Cosmology

Blazar spectra

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 27: Galaxies and Cosmology

Superluminal motionQuickTime och en

TIFF (okomprimerat)-dekomprimerarekrävs för att kunna se bilden.

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

SuperluminalMotions !

Page 28: Galaxies and Cosmology

QSO absorption lines

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 29: Galaxies and Cosmology

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

Page 30: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Unified model of AGN

Page 31: Galaxies and Cosmology
Page 32: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Unified Model

Page 33: Galaxies and Cosmology

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

Page 34: Galaxies and Cosmology

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!

Page 35: Galaxies and Cosmology

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

Page 36: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 37: Galaxies and Cosmology

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!

Page 38: Galaxies and Cosmology

Clusters And Large Scale Structure (chapt. 4)

Page 39: Galaxies and Cosmology

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

Page 40: Galaxies and Cosmology
Page 41: Galaxies and Cosmology

Tidal drag on NGC205 from M31

Page 42: Galaxies and Cosmology

Local Group

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 43: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

HCG31

GalaxyEvolution/Transformation

Caught inaction

Page 44: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 45: Galaxies and Cosmology

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)

Page 46: Galaxies and Cosmology

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

Page 47: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Perseus cluster central galaxy

Page 48: Galaxies and Cosmology

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

Page 49: Galaxies and Cosmology

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.

Page 50: Galaxies and Cosmology

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.

Page 51: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Einstein ring

Page 52: Galaxies and Cosmology

Abell 2218, strong lensingcf weak lensing (statistical)

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 53: Galaxies and Cosmology

Angular distribution of Abell-clustersBrightest cluster galaxy method allows rough space distribution to be inferred

Page 54: Galaxies and Cosmology

Virgo supercluster

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.Bound?-Not relaxed

LargeScaleFlows

Page 55: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Distribution of galaxies on the sky

Page 56: Galaxies and Cosmology

Sponge-like topology of universe

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

CfARedshiftSurveyGreat wall

Voids!

Finger of god

Page 57: Galaxies and Cosmology

SDSS

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 58: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 59: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Distribution of red and blue galaxies in space

Page 60: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 61: Galaxies and Cosmology

Intergalactic matter

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 62: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 63: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 64: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 65: Galaxies and Cosmology

Gunn-Peterson effect

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Page 66: Galaxies and Cosmology

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

Page 67: Galaxies and Cosmology

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.

Page 68: Galaxies and Cosmology

QuickTime och enTIFF (okomprimerat)-dekomprimerare

krävs för att kunna se bilden.

Peculiar velocities

Deviations from the Hubble flow

Page 69: Galaxies and Cosmology

Basic Friedmann model universa(see handout papers)