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. Due esempi sono 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), e il programma WISSHFUL, che osserverà negli anni 2024-2027 un campione di quasar ad alto redshift (z=2-4) della survey WISSH. In entrambi i casi il goal scientifico è quello di 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.