Large-scale structure Afstandsbepaling melkwegstelsels Lichtkrachtverdeling melkwegstelsels (Schechter functie) Massa-lichtkracht verhouding Donkere materie Grote-schaal structuur Quasar absorption lines Oorsprong structuur

Wet van Hubble expansiesnelheid V = H0 D, met D = afstand Beste waarde H0 = 71 +/- 4 km/s /Mpc Snelheid uit Doppler verschuivingen: voor v<<c algemeen

IJking door onafhankelijke afstandsbepaling

Voorbeeld

De meest betrouwbare afstandsindicator: Periode - lichtkracht relatie voor Cepheïden

A Cepheid variable star in the Galaxy M100, at a distance of about 56 million lightyear.

IJking uit sterevolutieberekeningen Verbetering nog steeds nodig

Hubble (1920) Nieuwe data Te gebruiken als Standaard lichtbron

Afstandsbepalingen Cepheiden Novae, supernovae Heldere sterren Tully-Fisher relatie Fundamental plane Hubble wet

SN Ia

ΩM = materie dichtheid ΩΛ = donkere energie Als ΩM+ΩΛ =1: vlak heelal

Afstandsladder

Schechter lichtkrachtfunctie Aantal melkwegstelsels (L)L per Mpc3 met lichtkracht tussen L en L wordt gegeven door de Schechter lichtkrachtfunctie L > 0.1 L* noemt men een helder of giant stelsel, in tegenstelling tot een dwergstelsel L* ~ 2 x 1010 Lo, ongeveer de helderheid van ons Melkwegstelsel

 L*

Massa-lichtkracht verhouding Voor hoofdreeks sterren geldt (Mo < M < 10 Mo): Maar er zijn meer lichte dan zware sterren  voor hoofdreeks sterren voor alle sterren inclusief witte dwergen en gas

Systeem LV (LO) M/LV Pleiaden (open cl.) 4.5 x 103 1  Cen (bolcl.) 1.0 x 106 4 Carina (dSph) 2.0 x 105 74 Pegasus (dIrr) 2.0 x 107 1.6 NGC 147 (dE) 1.2 x 108 7 Melkweg (Sbc) 1.5 x 1010 > 10 NGC 5266 (E4) 4.0 x 1010 18 Virgo cluster 1.3 x 1012 350

Donkere materie Er is blijkbaar veel materie waarvan wel de massa wordt gevoeld (via de zwaartekracht), maar geen licht uitzendt  donkere materie “Normale” baryonen (neutronen, protonen, …) WIMPs: Weakly Interacting Massive Particles (bijvoorbeeld neutrino’s als deze deeltjes een rustmassa zouden hebben) MOND: MOdified Newtonian Dynamics

MOdified Newtonian Dynamics Milgrom (1983): Voor versnellingen kleiner dan a ~ 10-8 cm s-2 (~ c H0 / 6) nadert de gravitationele versnelling met f(x) = 1 voor x << 1 en f(x) = x voor x >> 1 Voordelen: - Vlakke rotatiecurve spiraalstelsel - Massa-rotatie relatie M  v4 ( Tully-Fisher) - Geen donkere materie nodig Nadelen: - Algemene Relativiteitstheorie moet worden aangepast of is niet toepasbaar - Problemen met kosmologie, structuurvorming

Large-scale structure 2dF redshift survey

Twee-punts correlatie functie Als sterrenstelsels voorkomen met dichtheid n per Mpc3, dan is kans om 1 stelsel in volume ∆V1 te vinden: p = n∆V1. Als stelsels random verdeelt zijn: kans om stelsel in ∆V2 te vinden simpel weg n∆V2. Als stelsels geclusterd en ∆V1 in de buurt van ∆V2 dan een hogere kans.

Correlatie lengte De gezamelijke waarschijnlijkheid wordt dan: ∆P = n2 [1+ξ(r12)] ∆V1 ∆V2 Hierin is ξ(r12) de correlatie schaal. Door deze te berekenen kunnen we kijken of stelsels clusteren of niet.

Correlatie lengte Clustering op ~ 5 Mpc schaal. r0 Clustered Non clustered r0

Simulaties (“cold dark matter “)

Actieve melkwegstelsels AGN (active galactic nuclei): het centrum van een melkwegstelsel is veel helderder dan de sterpopulatie er om heen. Accretie op centraal zwart gat.

Quasars & hosts Maarten Schmidt in 1964 realiseert dat sommige ster-achtige objecten zeer ver verwijderde sterrenstelsels zijn: het spectrum is roodverschoven.

Spectra actieve stelsels Seyfert 1 narrowline+LINER Seyfert 2

Host galaxies

Unified model of Seyferts

Quasar absorptie lijnen Meten van de large-scale structure met behulp van absorptielijnen in spectra van heldere en ver weg staande lichtbronnen - Quasars (QSOs) - Gamma-ray bursts (GRBs) Quasar: actieve kern van een melkwegstelsel waarin zich een zwart gat bevindt van 108 - 109 Mo Gamma-ray burst : het ineenstorten van een zware ster waarbij zich een (stellair) zwart gat vormt.

Roodverschoven quasar spectrum (rustgolflengte Lyman  is 121.6 nm) Met damped Ly  system en het Ly  forest .

Gamma-ray burst Het kortstondig nagloeien in zichtbaar licht van GRB 030329; gedurende een minuut (in ons rustframe) zendt de burst bijna net zoveel licht uit als alle sterren in heelal bij elkaar  GRBs zijn waarneembaar tot ver in het heelal.

Oorsprong large-scale structure 3K achtergrond straling gedetecteerd door COBE

Evolutie structuur vanuit “rimpels” in 3K achtergrondstraling