Astrochemistry provides powerful tools to understand various cosmic phenomena, including those in our solar system to the large-scale structure of the universe. In addition, the chemical property of an astronomical body is a crucial factor which governs the evolution of the system. Recent progress in astrophysical theories, computational modelings, and observational techniques requires a detailed understanding of the interactions between the constituents of an astronomical system, which are atoms and molecules within the system. Especially the far-infrared/sub-millimeter wave range, which is called as the last frontier in astronomical observations, contains numerous molecular lines, which may provide a huge amount of new information. However, we need an astrochemical understanding to use this information fully. Although this review is very limited, I would like to stress the importance of astrochemical approach in this overview for the field, which is getting much more attention than ever before.
I briefly review the current theoretical status of the origins of ultrahigh energy cosmic rays with special emphasis on models associated with galaxy clusters. Some basic constraints on models are laid out, including those that apply both to so-called 'top-down' and 'bottom-up' models. The origins of these UHECRs remain an enigma; no model stands out as a clear favorite. Large scale structure formation shocks, while very attractive conceptually in this context, are unlikely to be able to accelerate particles to energies much above $10^{18}eV$. Terminal shocks in relativistic AGN jets seem to be more viable candidates physically, but suffer from their rarity in the local universe. Several other, representative, models are outlined for comparison.
Based on optical galaxy data, we executed a systematic search for galaxy clusters around the 15 steady unidentified EGRET GeV gamma-ray sources in high Galactic-latitude sky ([b] > $30^{\circ}$). We found a strong correlation with 3.7$\sigma$ level between close cluster pairs (merging cluster candidates) and the unidentified EGRET sources, though, in contrast, no correlation with single clusters. This result implies that merging clusters of galaxies are a possible candidate for the origin of high galactic-latitude, steady unidentified EGRET gamma-ray sources.
Recent wide and deep surveys allow us to investigate the large scale structure of the Universe at high redshift. We present studies of the clustering of high redshift galaxies, using reprocessed UKIDSS DXS catalogue. We measure the angular correlation function of high redshift galaxies which is Extremely Red Objects (EROs). Firstly we found that their angular correlation functions can be described by a broken power-law. We also found that red or bright samples are more strongly clustered than those having the opposite characteristics, and that old, passive EROs are found to be more clustered than dustry, star-forming EROs. Additionally the average halo mass and other properties were estimated using the halo model. Finally the observed clustering of EROs was compared with predictions from the cosmological simulation.
Cosmological shock waves result from supersonic flow motions induced by hierarchical clustering during the large-scale structure formation in the Universe. Suprathermal particles are known to be produced via plasma interactions at collisionless shocks in tenuous plasmas and they can be further accelerated to become cosmic rays (CRs) via diffusive shock acceleration (DSA). The presence of CR electrons has been inferred from observations of diffuse radio halos and relics in some merging galaxy clusters. We have calculated the emissions from CR electrons accelerated at weak planar shocks, using time-dependent DSA simulations that include energy losses via synchrotron emission and Inverse Compton scattering. The simulated nonthermal emission are used to model the synchrotron emission from several observed radio relics.
Park, Changbom;Song, Hyunmi;Einasto, Maret;Lietzen, Heidi;Heinamaki, Pekka
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.48
no.1
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pp.75-82
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2015
We use a volume-limited sample of quasars in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR7 quasar catalog to identify quasar groups and address their statistical significance. This quasar sample has a uniform selection function on the sky and nearly a maximum possible contiguous volume that can be drawn from the DR7 catalog. Quasar groups are identified by using the Friend-of-Friend algorithm with a set of fixed comoving linking lengths. We find that the richness distribution of the richest 100 quasar groups or the size distribution of the largest 100 groups are statistically equivalent with those of randomly-distributed points with the same number density and sky coverage when groups are identified with the linking length of $70h^{-1}Mpc$. It is shown that the large-scale structures like the huge Large Quasar Group (U1.27) reported by Clowes et al. (2013) can be found with high probability even if quasars have no physical clustering, and does not challenge the initially homogeneous cosmological models. Our results are statistically more reliable than those of Nadathur (2013), where the test was made only for the largest quasar group. It is shown that the linking length should be smaller than $50h^{-1}Mpc$ in order for the quasar groups identified in the DR7 catalog not to be dominated by associations of quasars grouped by chance. We present 20 richest quasar groups identified with the linking length of $70h^{-1}Mpc$ for further analyses.
We have studied how the intergalactic magnetic field (IGMF) affects the propagation of super-GZK iron nuclei that originate from extragalactic sources within the local GZK sphere. Toward this end, we set up hypothetical sources of ultra-high-energy cosmic-rays (UHECRs), virtual observers, and the magnetized cosmic web in a model universe constructed from cosmological structure formation simulations. We then arranged a set of reference objects at high density region to represent astronomical objects formed in the large scale structure (LSS). With our model IGMF, the paths of UHE iron nuclei are deflected on average by about 70 degrees, which might indicate a nearly isotropic distribution of arrival directions. However, the separation angle between the arrival directions and the nearest reference object on the LSS is only ~6 degrees, which is twice the mean distance to the nearest neighbors among the reference objects. This means that the positional correlation of observed UHE iron events with their true sources would be erased by the IGMF, but the correlation with the LSS itself is to be sustained. We discuss implications of our findings for correlations studies of real UHECR events.
We investigate the influence of the galactic magnetic field (GMF) on the arrival direction (AD) of ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) by searching the correlation with the large-scale structure (LSS) of the universe. The deflection angle of UHECRs from sources by the GMF is reflected in a source model by introducing the Gaussian smearing angle as a free parameter. Assuming the deflections by the GMF are mainly dependent on the galactic latitude, b, we divide the regions of sky by b and analyze the correlation between the AD of UHECRs and the LSS of the universe in each region varying the smearing angle. We find the deflection is strongly dependent on the galactic latitude by the maximum likelihood estimation. Specifically, the best-fit smearing angles are $9^{\circ}$ and $84^{\circ}$ in the high galactic latitude (HGL), $-90^{\circ}$ < b < $-60^{\circ}$, and in the low galactic latitude (LGL), $-30^{\circ}$ < b < $30^{\circ}$, respectively. The strength of GMF becomes stronger from the HGL to the LGL. From the results, we can estimate the strength of GMF in each region. In the LGL, for example, if we assume UHECRs are protons, we have the order of $100{\mu}G$ GMF, which is much stronger than the expected value of conventional GMF model. However, if the primaries are heavy nuclei, which is consistent with the observational result of mass composition analysis, the order of GMF strength is a few ${\mu}G$. More data from the future experiments make it possible to study the GMF between the source of UHECRs and Earth more accurately.
Shin, Jihey;Shim, Hyunjin;Hwang, Ho Seong;Ko, Jongwan;Lee, Jong Chul;Utsumi, Yousuke;Hwang, Narae;Park, Byeong-Gon
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.50
no.3
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pp.61-70
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2017
We study the angular correlation function of bright ($K_s{\leq}19.5$) Extremely Red Objects (EROs) selected in the Subaru GTO 2$deg^2$ field. By applying the color selection criteria of $R-K_s$ > 5.0, 5.5, and 6.0, we identify 9055, 4270, and 1777 EROs, respectively. The number density is consistent with similar studies on the optical - NIR color selected red galaxies. The angular correlation functions are derived for EROs with different limiting magnitude and different $R-K_s$ color cut. When we assume that the angular correlation function $w({\theta})$ follows a form of a power-law (i.e., $w({\theta})=A{\theta}^{-{\delta}}$), the value of the amplitude A was larger for brighter EROs compared to the fainter EROs. The result suggests that the brighter, thus more massive high-redshift galaxies, are clustered more strongly compared to the less massive galaxies. Assuming that EROs have redshift distribution centered at ~ 1.1 with ${\sigma}_z=0.15$, the spatial correlation length $r_0$ of the EROs estimated from the observed angular correlation function ranges ${\sim}6-10h^{-1}Mpc$. A comparison with the clustering of dark matter halos in numerical simulation suggests that the EROs are located in most massive dark matter halos and could be progenitors of $L_{\ast}$ elliptical galaxies.
Park, Changbom;Pranav, Pratyush;Chingangbam, Pravabati;Van De Weygaert, Rien;Jones, Bernard;Vegter, Gert;Kim, Inkang;Hidding, Johan;Hellwing, Wojciech A.
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.46
no.3
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pp.125-131
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2013
We present the relation between the genus in cosmology and the Betti numbers for excursion sets of three- and two-dimensional smooth Gaussian random fields, and numerically investigate the Betti numbers as a function of threshold level. Betti numbers are topological invariants of figures that can be used to distinguish topological spaces. In the case of the excursion sets of a three-dimensional field there are three possibly non-zero Betti numbers; ${\beta}_0$ is the number of connected regions, ${\beta}_1$ is the number of circular holes (i.e., complement of solid tori), and ${\beta}_2$ is the number of three-dimensional voids (i.e., complement of three-dimensional excursion regions). Their sum with alternating signs is the genus of the surface of excursion regions. It is found that each Betti number has a dominant contribution to the genus in a specific threshold range. ${\beta}_0$ dominates the high-threshold part of the genus curve measuring the abundance of high density regions (clusters). ${\beta}_1$ dominates the genus near the median thresholds which measures the topology of negatively curved iso-density surfaces, and ${\beta}_2$ corresponds to the low-threshold part measuring the void abundance. We average the Betti number curves (the Betti numbers as a function of the threshold level) over many realizations of Gaussian fields and find that both the amplitude and shape of the Betti number curves depend on the slope of the power spectrum n in such a way that their shape becomes broader and their amplitude drops less steeply than the genus as n decreases. This behaviour contrasts with the fact that the shape of the genus curve is fixed for all Gaussian fields regardless of the power spectrum. Even though the Gaussian Betti number curves should be calculated for each given power spectrum, we propose to use the Betti numbers for better specification of the topology of large scale structures in the universe.
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