Struttura ed evoluzione dei Nuclei Galattici Attivi e delle Galassie

I Nuclei Galattici Attivi (AGN; alcuni denominati QUASARS, ‘quasi-stellar objects’) giocano un ruolo fondamentale nella formazione ed evoluzione delle galassie, sebbene ancora poco compreso. I modelli più accreditati ipotizzano che essi siano composti da un buco nero supermassiccio (SMBH; con una massa da milioni a miliardi di volte quella del Sole) collocato nel nucleo delle galassie. Nell’ultimo quarto di secolo si è scoperto che le proprietà di galassie e buchi neri non sono distribuite casualmente ma sono legate da precise relazioni di scala, che indicano una qualche connessione causale tra la formazione e l’evoluzione delle galassie e dei buchi neri supermassicci. Eppure, è un grande interrogativo come sia possibile che un buco nero sia in grado di influenzare la vita e l’evoluzione della sua galassia ospite. Infatti, le scale spaziali di un buco nero e di una galassia sono enormemente diverse: la sfera di influenza di un buco nero supermassiccio è circa un miliardesimo della dimensione di una galassia. Come è possibile che la galassia sappia che ha un buco nero supermassiccio al suo centro? Più che le scale spaziali, sono le scale energetiche quelle dove gli AGN, ossia i buchi neri supermassicci in accrescimento, possono brillare: un AGN può facilmente emettere energia sufficiente a superare la energia di legame delle stelle contenute nella sua galassia ospite. Questo processo di produzione energetica è tra i più efficienti in natura. Secondo le ipotesi correnti, la luce degli AGN viene prodotta quando il materiale che circonda il buco nero supermassiccio forma un disco di accrescimento. Mentre la materia si avvicina al buco nero supermassiccio perde momento angolare e si scalda, emettendo grandi quantità di radiazione brillante nella luce visibile e ultravioletta. La radiazione emessa dal disco di accrescimento viene riprocessata da altri elementi che formano il nucleo galattico attivo e questo determina che gli AGN siano capaci di emettere energia che copre l’intero spettro elettromagnetico, dai raggi X fino al radio. Durante gli episodi di accrescimento grandi quantità di energia sotto forma di getti relativistici e venti di radiazione vengono emessi dagli AGN. La propagazione di questi venti e la loro interazione con il mezzo intergalattico determinano il fenomeno del ‘feedback dell’AGN’, che è l’ingrediente principale richiesto da tutte le moderne simulazioni per comprendere non solo la evoluzione delle strutture cosmiche, ma anche per riprodurre le proprietà delle galassie dell’Universo. Tuttavia, è tuttora un problema aperto capire la esatta ricetta di questo feedback e in che modo possa cambiare a seconda dell’ambiente in cui si trova l’AGN, del redshift, del tipo di accrescimento (sotto o sopra Eddington) e come sia possibile produrre AGN a z>6 che hanno già masse miliardi di volte la massa del Sole.