Large-scale structure

Presentatie over: "Large-scale structure"— Transcript van de presentatie:

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

2 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

3 IJking door onafhankelijke afstandsbepaling

4 Voorbeeld

5 De meest betrouwbare afstandsindicator: Periode - lichtkracht relatie voor Cepheïden

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

7 IJking uit sterevolutieberekeningen
Verbetering nog steeds nodig

8 Hubble (1920) Nieuwe data Te gebruiken als Standaard lichtbron

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

10 SN Ia

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

12

13 Afstandsladder

14 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

15  L*

16 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

17 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

18 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

19 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

20

21 Large-scale structure
2dF redshift survey

22 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.

23 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.

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

25 Simulaties (“cold dark matter “)

26

27 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.

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

29 Spectra actieve stelsels
Seyfert narrowline+LINER Seyfert 2

30 Host galaxies

31 Unified model of Seyferts

32 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 Mo Gamma-ray burst : het ineenstorten van een zware ster waarbij zich een (stellair) zwart gat vormt.

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

34 Gamma-ray burst Het kortstondig nagloeien in zichtbaar licht van GRB ; 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.

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

36

37 Evolutie structuur vanuit “rimpels”
in 3K achtergrondstraling

38