Aim:

To provide a ‘complete’ and modern overview of our current knowledge of galaxies and cosmology

Content

Dit college behandelt de eigenschappen van de belangrijkste bouwstenen van het heelal: melkwegstelsels. Aan bod komen hun classificatie en beschrijving van hun componenten zoals gas, stof, sterren en donkere materie. In enig detail wordt ingegaan op de bewegingen van de

sterpopulaties in de gravitatie potentiaal van sterrenstelsels. Ook de eigenschappen van active melkswegstelsels (quasars, Seyferts) en clusters van sterrenstelsels worden besproken. Geruime tijd wordt besteed aan de grote vraag: hoe vormden de melkwegstelsels zich?  Verder zal er aandacht geschonken worden aan de expansie van het heelal, de microgolf achtergrond straling en

de eigenschappen van gas dat zich tussen de sterrenstelsels bevindt.

Opgaven

1. -zijn bedoeld om te zorgen dat de studenten de gegeven stof doornemen en kunnen checken of ze de inhoud begrepen hebben.
   

2. -het is de bedoeling dat de opgaven het volgen van het vak en het tentamen doen makkelijker maken.Het netto resultaat zou tijdwinst moeten zijn.
   

3. -Moeten worden ingeleverd bij het volgende college.
   

4. -Jesse is altijd bereid te helpen, maar ga voor het weekend naar hem toe.
   

5. -Niet tijdig inleveren: cijfer is een 1 (ongeveer 1/3 punt minder op uiteindelijke tentamen resultaat)
   

6. -Laat het me tijdig weten als het een keer voorkomt dat het maken van opgaven niet in jullie drukke schema past: we kunnen dan of een keer overslaan of een individuele regeling treffen.
   

Cijfer

1. -tentamen: 15 juni, 14:00, room 226/228
   

    voorbeelden van oud tentamens: exam-jun2010.pdf, exam-june2011.pdf

- Hertentamen, mondeling op afspraak

Cijfers voor de opgaven tellen mee voor 30 % voor tentamen cijfer

College assistent: Jesse vd Sande, kamer 564, email: sande@strw.leidenuniv.nl

Material

Basic Book

- Peter Schneider: Extragalactic Astronomy and Cosmology, An introduction, Springer-Verlag 2006 (PS)

Background Books

- Binney and Tremaine: ‘Galactic Dynamics’ (BT)

Introduction into theory of galaxy dynamics, i.e. potential theory, orbits, distribution functions, equilibria, disks, mergers, etc. Level of BT is very high (advanced Master course), but this means they remain useful throughout your career.

Stephen Serjeant: Observational Cosmology, Cambridge University press,

ISBN: 9780521192316, Publication date: September 2010 (SS)

Very new book. It covers a broad range of topics.

Brief content of the course and associated hand-outs.

1 Introduction and Overview - 30 jan

2) Space and Time I - 6 feb

Expanding Universe, Newtonian derivation of the Friedmann-Lemaitre

exansion equations, components of matter in the Universe

3) Space and Time II - 13 feb 

Consequences Expanding Universe: Necessity of the a Big Bang,

Redshift, Age of the universe, Distances in the universe.

4) Early Universe - 20 feb 

Thermal history, Decoupling Neutrinos, Pair Annihilation, Primordial

nuclear synthesis, Cosmic microwave background, Reionization

5)  The local Universe I - 27 feb 

Some history

Hubble tuning fork

Ellipticals: classification, brightness profiles, composition

Spiral galaxies: classification, brightness profiles, composition,

rotation curves and dark matter

Scaling relations: Tully-Fisher relation, Faber-Jackson relation,

Fundamental plane

Luminosity functions

Population synthesis: star formation history, initial mass function,

stellar spectra, stellar evolution, resulting galaxy spectra and colour evolution

6) The Local Universe II - 5 maart

Statistical relations: Morphology-density relation, colour - magnitude

diagram, mass - size

Black holes in the center of Galaxies:  Searches, some properties,

   relation properties black hole and hosting galaxy

AGN zoology, building blocks, unification, some important results

7) Gravitational forces and potentials - 12 maart

Poisson equation; Potential for spherical systems; Newton's Theorems; Simple potentials

8) Stellar dynamics - 19 maart

Importance of (stellar) dynamics

Equations of motion, Do stars collide? Virial Theorem, Application:

Galaxy masses, Binding Energy and Formation of Galaxies, Scaling Relations, Relevant Time scales

9) Orbits - 2  april

Orbits in spherical potentials, Constants and Integrals of motion,

Spherical and other potentials, Schwarzschild's method

10) Collisionless Boltzman equation - 16 april

Derivation, spherical systems, isotropic models, several examples. 

11) Jeans equations - 23 april

Derivation, spherical models, isotropic models 

Example: influence of central black hole on dynamic signatures.

12) I. Clusters and Groups of galaxies; II. High redshift galaxies - 7 may

The Local group and galaxy groups: phenomenology, mass estimate, other

components

Galaxies in clusters and groups: the Abell Catalog, cD galaxies

Morphological classification, Spatial distribution: isothermal

distribution , dynamical mass, morphology density-relation X-ray

radiation (general properties, cooling flows)

High redshift galaxies:Lyman break galaxies, Photometric redshift,

Deep fields, Starburst galaxies, Extremely red objects, Submm

galaxies, Cosmic starformation rate history, Downsizing

13) Inhomogeneties in the Universe - 14 mei

Gravitational instability: Linear Perturbation Theory (concepts only),

Description of density fluctuations, Correlation functions, Power

spectrum

14. 14)Galaxy formation - 21  mei
    

Evolution of the density fluctuations

Initial power spectrum

Models of spherical collapse

Modeling galaxy formation and evolution: merger trees, cooling,

AGN and supernova feedback, mergers.

Summary of lecture course