The Swift mission, scheduled for launch in 2004, is a multiwavelength observatory for gamma-ray burst (GRB) astronomy. It is a first-of-its-kind autonomous rapid-slewing satellite for transient astronomy and pioneers the way for future rapid-reaction and multiwavelength missions. It will be far more powerful than any previous GRB mission, observing more than 100 bursts yr-1 and performing detailed X-ray and UV/optical afterglow observations spanning timescales from 1 minute to several days after the burst. The objectives are to (1) determine the origin of GRBs, (2) classify GRBs and search for new types, (3) study the interaction of the ultrarelativistic outflows of GRBs with their surrounding medium, and (4) use GRBs to study the early universe out to z > 10. The mission is being developed by a NASA-led international collaboration. It will carry three instruments: a new-generation wide-field gamma-ray (15-150 keV) detector that will detect bursts, calculate 1'-4' positions, and trigger autonomous spacecraft slews; a narrow-field X-ray telescope that will give 5'' positions and perform spectroscopy in the 0.2-10 keV band; and a narrow-field UV/optical telescope that will operate in the 170-600 nm band and provide 03 positions and optical finding charts. Redshift determinations will be made for most bursts. In addition to the primary GRB science, the mission will perform a hard X-ray survey to a sensitivity of ~1 mcrab (~2 × 10-11 ergs cm-2 s-1 in the 15-150 keV band), more than an order of magnitude better than HEAO 1 A-4. A flexible data and operations system will allow rapid follow-up observations of all types of high-energy transients, with rapid data downlink and uplink available through the NASA TDRSS system. Swift transient data will be rapidly distributed to the astronomical community, and all interested observers are encouraged to participate in follow-up measurements. A Guest Investigator program for the mission will provide funding for community involvement. Innovations from the Swift program applicable to the future include (1) a large-area gamma-ray detector using the new CdZnTe detectors, (2) an autonomous rapid-slewing spacecraft, (3) a multiwavelength payload combining optical, X-ray, and gamma-ray instruments, (4) an observing program coordinated with other ground-based and space-based observatories, and (5) immediate multiwavelength data flow to the community. The mission is currently funded for 2 yr of operations, and the spacecraft will have a lifetime to orbital decay of ~8 yr.

We suggest that most of the material in the Universe condensed at an early epoch into small ‘dark’ objects. Irrespective of their nature, these objects must subsequently have undergone hierarchical clustering, whose present scale we infer from the large-scale distribution of galaxies. As each stage of the hierarchy forms and collapses, relaxation effects wipe out its substructure, leading to a self-similar distribution of bound masses of the type discussed by Press & Schechter. The entire luminous content of galaxies, however, results from the cooling and fragmentation of residual gas within the transient potential wells provided by the dark matter. Every galaxy thus forms as a concentrated luminous core embedded in an extensive dark halo. The observed sizes of galaxies and their survival through later stages of the hierarchy seem inexplicable without invoking substantial dissipation; this dissipation allows the galaxies to become sufficiently concentrated to survive the disruption of their halos in groups and clusters of galaxies. We propose a specific model in which |$\Omega \simeq 0.2$|⁠, the dark matter makes up 80 per cent of the total mass, and half the residual gas has been converted into luminous galaxies by the present time. This model is consistent with the inferred proportions of dark matter, luminous matter and gas in rich clusters, with the observed luminosity density of the Universe and with the observed radii of galaxies; further, it predicts the characteristic luminosities of bright galaxies and can give a luminosity function of the observed shape.

We discuss some dynamical and astrophysical consequences of the presence of a massive black hole, of mass Mh in a dense stellar system, applying our results to the cores of globular clusters and to galactic nuclei. The black hole would dominate the dynamics of stars out to a radius |${r}_\text{h}\,\simeq \,{GM}_\text{h}/{\upsilon}_c\,^{2},\,{\upsilon }_{c}$| being the velocity dispersion in the core. Within rh, the stellar velocity dispersion is proportional to r–1/2 and the stellar density n(r) may be enhanced. A quasisteady state can be established, involving a steady influx of stars which are swallowed or disrupted near the hole. We define and calculate a ‘critical radius’ rcrit such that most stars on orbits with |$r\,\lesssim\,{r}_\text{crit}$| diffuse into lowangular momentum ‘loss-cone ’ orbits (and are swallowed) in the ‘reference time ’ tR; whereas outside rcrit, loss-cone effects are negligible and a typical star diffuses inward into a more tightly-bound orbit on a time scale |$\sim {t}_\text{R}({r}/{r}_\text{crit})$|⁠. The density profile in the cusp is |$n\text(r)\,\propto \,{r}^{-7/4}\,\text{for}\,{r}_{crit}\,\lesssim\,r\,\lesssim\,{r}_\text{h};$| and somewhat flatter inside rcrit. Generally rcrit is larger than either the tidal radius rT of the hole or the ‘collision radius ’ rcoll at which |${GM}_\text{h}/{r}_\text{coll}$| equals the binding energy per unit mass of a typical star: indeed, in some cases |${r}_\text{crit}\,\gtrsim\,{r}_\text{h}.$| The swallowing or disruption rate of stars varies as M4/3 when |${r}_\text{crit}\,\gtrsim\,{r}_\text{h},$|M61/27 when |${r}_\text{h}\,\lesssim\,{r}_\text{crit}\,\lesssim{r}_\text{coll}$| and M3 when |${r}_\text{crit}\,\lesssim\,{r}_\text{coll.}$| We discuss some consequences of stellar disruption and tidal capture by black holes of |${10}^{3-}\,{10}^{4}\,{M}_{\odot}$| in globular clusters: X-ray emission, possible optical or ultraviolet ‘flares ’, and the likelihood of there being a captured star in orbit near rT. Finally, we briefly apply our considerations to Hills' quasar model, which invokes |$\gtrsim\,{10}^{7}\,{M}_{\odot}$| black holes in galactic nuclei.

We propose that the X-ray sources associated with globular clusters are very close binary systems. These result from the tidal capture of compact objects by ordinary stars in the core of the cluster.

A model to explain the evolution of the quasar luminosity function is presented. At intermediate and high redshifts, the formation of 'new' black holes at each step in the hierarchical growth of structure is invoked as the driving force of the strong evolution of the quasar population. Quasars are assumed to be short-lived, constituting the first phase of the formation of a galaxy in the potential well of a dark matter halo. The timelag between halo virialization and the birth of the quasar is expected to be short compared to the cosmological time-scale, even at high redshifts. Simple assumptions are made to relate the luminosity of a quasar to the mass of its central black hole and to the mass of its corresponding host object. The Press-Schechter formalism is used within the CDM scenario (q0 = 0.5, h100 = 0.5) to estimate the number of newly forming dark matter haloes at successive cosmic epochs. A rapid rise in the number density of newly forming massive black holes is followed by a steep fall; this can explain the observed dependence of the quasar population on redshift. Model luminosity functions are calculated and found to be in good agreement with the observational data. By assuming that slingshot ejection is unimportant, a mass function of remnant black holes is calculated. Remnant black holes are predicted for virtually all galaxies, but would be less massive in late-forming galaxies and in galaxies with shallower potential wells.

The location accuracy of the BeppoSAX Wide Field Cameras and acute ground- based follow-up have led to the detection of a decaying afterglow in X-rays and optical light following the classical gamma-ray burst GRB 970228. The afterglow in X-rays and optical light fades as a power law at all wavelengths. This behaviour was predicted for a relativistic blast wave that radiates its energy when it decelerates by ploughing into the surrounding medium. Because the afterglow has continued with unchanged behaviour for more than a month, its total enegy must be of order 1051 erg, placing it firmly at a redshift of order 1. Further tests of the model are discussed, some of which can be performed with available data, and implications for future observing strategies are pointed out. We discuss how the afterglow can provide a probe for the nature of the burst sources.

We identify 31 dimensionless physical constants required by particle physics and cosmology, and emphasize that both microphysical constraints and selection effects might help elucidate their origin. Axion cosmology provides an instructive example, in which these two kinds of arguments must both be taken into account, and work well together. If a Peccei-Quinn phase transition occurred before or during inflation, then the axion dark matter density will vary from place to place with a probability distribution. By calculating the net dark matter halo formation rate as a function of all four relevant cosmological parameters and assessing other constraints, we find that this probability distribution, computed at stable solar systems, is arguably peaked near the observed dark matter density. If cosmologically relevant weakly interacting massive particle (WIMP) dark matter is discovered, then one naturally expects comparable densities of WIMPs and axions, making it important to follow up with precision measurements to determine whether WIMPs account for all of the dark matter or merely part of it.