L’interazione tra i SuperMassive Black Hole (SMBH) in accrescimento – anche noti come Nuclei Galattici Attivi (AGN) – e le loro galassie ospiti è un argomento di grande interesse nella moderna astrofisica: si pensa che il feedback prodotto dagli AGN sia un meccanismo cruciale che governa la formazione e l’evoluzione delle galassie. In particolare si ritiene che i venti multi-fase e multi-scala prodotti dagli AGN svolgano un ruolo fondamentale in questo processo, plasmando la co-evoluzione SMBH/galassia, rimuovendo e/o riscaldando il gas freddo dalla galassia ospite, sopprimendo la crescita sia del SMBH che della componente stellare e spiegando la stretta relazione di massa tra SMBH e galassia ospite.
Le proprietà medie delle diverse fasi degli outflow sono riassunte nella Tabella. Credits: Cicone et al. 2018 Nat. As. 2, 176.
Visualizzazione schematica degli outflow a diverse scale, dal disco di accrescimento (a), alle scale della galassia (b) e dell’alone (c). I pannelli d, e, f mostrano l’UFO di PDS 456 osservato nei raggi X (Nardini et al. 2015), l’outflow molecolare di Mrk 231 osservato nelle bande radio e mm (Cicone et al. 2012; Morganti et al. 2016), e l’outflow su scale del kpc in NGC 1365 osservato nell’ottico (Venturi et al. 2018). Credits: Cicone et al. 2018 Nat. As. 2, 176.
Diversi indicatori tracciano diverse fasi (densità e stato di ionizzazione/temperatura) e scale fisiche di questi venti (vedi Figura e Tabella, da Cicone et al. 2018). Ad esempio, le code nel blu e/o nel rosso in righe di emissione nell’IR, mm e sub-mm, vengono spesso utilizzate per tracciare la fase del gas freddo e molecolare, ossia li combustibile da cui nascono nuove stelle, mentre in righe di emissione ottiche come [OIII] e Hα tracciano la fase ionizzata/ad alta temperatura, che deposita energia dall’AGN nel Mezzo Interstellare (ISM) e possibilmente influenza il serbatoio di gas freddo.
Infine, gli Ultra-Fast Outflows (UFOs), lanciati nelle regioni interne (decine di raggi gravitazionali, Rg) del disco di accrescimento del SMBH, sono considerati il primo motore che alimenta gli outflow ionizzato e molecolare osservato a scale maggiori. Gli UFO sono venti veloci (v_out > 10’000 km/s) e densi di gas ad alto stato di ionizzazione, tanto che possono essere osservati solo nei raggi X. Trasportano quantità significative di massa ed energia cinetica lontano dal motore centrale e le rilasciano nell’ISM della galassia ospite. Stimare l’energetica di questi venti nucleari e confrontarla con quella dei flussi su scale più grandi fornisce vincoli cruciali sulla quantità di energia trasferita su scale del kiloparsec e nella galassia ospite.
Finora, la caratterizzazione degli UFO è stata limitata – con poche eccezioni – a campioni di AGN di bassa potenza (cioè galassie di Seyfert) nell’Universo locale. I ricercatori presso l’OAS sono all’avanguardia nello sforzo della comunità di espandere la nostra comprensione del fenomeno UFO oltre l’Universo locale e nei quasar luminosi, molto più comuni durante il picco della storia della formazione stellare dell’Universo e che quindi potrebbero aver influenzato più direttamente l’evoluzione delle galassie. Un esempio è il programma SUBWAYS, che ha osservato per la prima volta per un tempo adeguato nei raggi X, quasar luminosi a z=0.1-0.4 (ovvero negli ultimi 1-4 Gyr), per investigare il fenomeno degli outflow per la prima volta con un approccio statistico a questi intervalli di luminosità e redshift, e per studiare la relazione degli UFO con i venti osservati a scale maggiori e in diverse componenti gassose.