Scaling relations of spheroids overcosmic time:
2005-32-a-web_print
eviz2
montage20_labels
Tommaso Treu (UCSB)
Outline
Use scaling laws (e.g. Fundamental Plane,M-sigma relation) to map the cosmicevolution of the three main constituents ofspheroids:
1.Stars
2.Dark matter
3.Supermassive black holes
1: Stars
eviz1
eviz2
eviz3
Treu et al. 1999,2001,2002,2005a,b
See di Serego Alighieri & van der Wel’s talks
The Fundamental Plane as adiagnostic of stellar populations
Empiricalcorrelationbetween size,luminosity andvelocitydispersion
Gives “effectiveM/L” at“effective mass”
JFK
Dressler et al. 1987; Djorgovski & Davis 1987;
Bender Burstein & Faber 1992; Jorgensen et al. 1996
Evolution of Mass to Light ratios
Evolution of mass tolight ratio is afunction ofdynamical mass
More massivegalaxies evolveslower than lessmassive ones, i.e.older stars(“downsizing”)
T05a_f1
Treu et al. 2005a
Downsizing star formation
T05b_f21a
T05b_f21b
Treu et al. 2005b
T05b_f21c
Young stars <1%
Young stars ~5%
Young stars up to 20-40%
Log M>11.5
11.5>Log M>11
11>Log M
Stellar populations: conclusions
Stars in massive early-type galaxies are old
Stars in smaller galaxies are younger
Is this “downsizing” compatible withhierarchical models?
Perhaps, if massive galaxies are assembledwithout forming new stars (AGN feedback?)
But can other properties (e.g. dark halos, BH)be reproduced as well?
3: Supermassive Black Holes
The local Universe
Gebhardt et al. 2001; Tremaine et al. 2002
Ferrarese & Merritt 2001
Tremaine2002_fg7
FerrareseMerritt01_fg2
How do black-holes and spheroidsknow about each other?
The size of the dynamical sphere of influence of aBH is R~MBH7 / (σ200)2pc ~0.1-10 pc
The size of the spheroid is of order kpc
Typical accretion rates are of order 0.01 solarmass  per yr for a 107 M_sun black hole. Mass ofblack holes could change over a Gyr timescale.
If spheroids evolve by mergers, what makes theBH and spheroids stay on the same correlation?
The distant universe:two problems
Black hole mass: 1” at z=1 is ~8kpc.  WeCANNOT resolve the sphere of influence,active galaxies are the only option
Velocity dispersion: distant objects are faintand not resolved. If the galaxy is active weCANNOT avoid AGN contamination
The distant universe:a solution, focus on Seyfert 1s
Black hole mass:
Reverberation mapping (Blandford & McKee 1982) doesnot need spatial resolution.
Empirically calibrated photo-ionization (ECPI: Wandel,Peterson & Malkan 1999) based on reverberation masses
Velocity dispersion:
integrated spectra have enough starlight that with goodspectra it is possible to measure the width of stellarabsorption features on the “featureless AGN continuum”.
Treu, Malkan & Blandford 2004
Measuring velocity dispersion.
test11HR19
W06_f4
Woo, Treu, Malkan & Blandford 2006, astro-ph yesterday!
Black-Hole Mass. EmpiricallyCalibrated Photo-Ionization Method
The flux needed toionize the broad lineregion scales asL(ion)/r2. Coefficientstoo hard to computetheoretically
An empiricalcorrelation is found,calibrated usingreverberation mapping
Kaspi
Wandel Peterson & Malkan 1999; Kaspi et al. 2000
Kaspi et al. 2005
L (5100AA)
Broad line region size
Black-Hole Mass.Hb width determination
Hb width from singleepoch spectra provides agood estimate of thekinematics of the broadline region if constantnarrow component isremoved. (Vestergaard &Peterson 2006)
Overall uncertainty onBH mass ~0.4 dex
TMB04_f2
formula_bh
The Black-Hole Mass vs Sigmarelation at z=0.36
W06_f8
Woo, Treu, Malkan & Blandford 2006, astro-ph yesterday!
The Black-Hole Mass vs Sigmarelation at z=0.36; cosmic evolution?
Δlog MBH = 0.62±0.10±0.25 dex
redshift
Δlog M BH
Conclusions.
Bulges at z=0.36 smaller than their black-hole masses suggest. Three possibilities:
1.Selection effects
2.Problems with the ECPI method
3.Evolution
 Recent evolution of (active) bulges?
montage20_labels
Treu et al. 2006b
Closing remarks:conjectures and predictions..
Galaxies form initiallyas blue disks
Major mergers 1) triggerAGN activity, 2) quenchstar formation, 3)increase the bulge size
The characteristic massscale  decreases withtime (‘downsizing’),consistent with that ofour galaxies at z=0.36
H06_f1
Hopkins et al. 2006
redshift
Log Mtr
The M-sigma relation should be already in place for larger masses!
The end