Cosa sopprime l’attività degli AGN all’interno degli ammassi di galassie?

Si definisce nucleo galattico attivo (active galactic nucleus, AGN) la stretta regione al centro di alcune galassie caratterizzata da una luminosità estremamente elevata, che arriva spesso a coprire l’intervallo di lunghezze d’onda dell’intero spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi gamma. Tale radiazione è prodotta dall’attività del buco nero super massiccio (super massive black hole, SMBH) localizzato nel nucleo galattico e avente massa pari a 106-10M⊙, il cosiddetto motore centrale. Un SMBH diviene attivo solo se in grado di inglobare una quantità sufficiente della materia che gli orbita attorno, disposta su disco di accrescimento: ne consegue che l’accrescimento, ovvero la caduta verso il SMBH della materia ad esso circostante, rappresenta il principale meccanismo responsabile dell’emissione proveniente dagli AGN. In particolare, solo nell’1−10% degli AGN l’emissione avviene sotto forma di getti relativistici che si estendono su scale del Mpc, in direzione perpendicolare al disco di accrescimento e allineati con il suo asse. Situata al di sopra del disco di accrescimento, la corona è invece una zona composta da gas caldo e ionizzato: l’elevatissima temperatura, dell’ordine di circa 108−9K , la rende quindi una delle sorgenti primarie di raggi X. All’esterno della corona si trova poi la regione delle righe larghe (broad line region, BLR), il cui nome fa riferimento alle righe di emissione allargate (broad) originate dalle nubi di gas mediamente caldo, molto denso e in rapida rotazione attorno al SMBH che la costituiscono. La BLR è racchiusa e talvolta parzialmente oscurata dal toro di polveri, una struttura a forma di toro (o ciambella) capace di assorbire, termalizzare e riemettere nella banda del medio infrarosso la radiazione ottica e ultravioletta generata dalle regioni centrali. Al di fuori del toro di polveri si trova, infine, la regione delle righe strette (narrow line region, NLR), il cui gas, meno caldo, denso e veloce, produce righe di emissione strette (narrow) in confronto a quelle della BLR.

Una galassia che ospiti un AGN viene allora definita galassia attiva. Tuttavia, la storia evolutiva delle galassie dipende non solo dalle loro proprietà intrinseche, ma anche dall’ambiente in cui si trovano: pertanto, galassie attive residenti all’interno di ammassi subiranno un’evoluzione diversa rispetto a quella delle loro controparti isolate, le galassie di campo. Poiché la tendenza delle galassie a raggrupparsi in ammassi consegue dalla struttura gerarchica assunta dall’Universo al momento della sua formazione, è logico pensare che anche la percentuale di SMBHs attivi, ossia di AGN, sia influenzata da questa peculiare condizione. Infatti, numerosi studi hanno mostrato che negli ammassi più grandi, quelli con massa superiore a 1014M⊙, può verificarsi la soppressione dell’attività degli AGN via ram pressure stripping (i.e., il processo per cui la pressione esercitata dal gas caldo e denso presente nel mezzo intergalattico sulle galassie d’ammasso rimuove parte del materiale utile a “nutrire” i SMBHs che esse contengono). Allo stesso tempo, ulteriori indagini segnalano l’esistenza di un lieve eccesso di emissione di raggi X nelle zone più esterne degli ammassi di galassie dinamicamente rilassati (i.e., privi di segni di precedenti collisioni violente o distruttive con altri ammassi di galassie), ma non in quelle degli ammassi di galassie disturbati (i.e., perturbati dall’interazione con altri ammassi di galassie più o meno lontani).

Questa variegata fenomenologia ha motivato gli astrofisici a ricercare quali proprietà degli ammassi di galassie siano causa della stimolazione o della soppressione dell’attività degli AGN nel dominio X dello spettro elettromagnetico. In un recente studio condotto su 19 ammassi di galassie di grande massa e con rilevata emissione di raggi X, estratti dalla LoCuSS survey nel ristretto intervallo di redshift 0.16−0.28, sono state utilizzate le precise misure spettroscopiche dei telescopi XMM-Newtone Chandra per individuare le sorgenti puntiformi di raggi X attorno ad essi. A questi dati sono stati aggiunti quelli dello spettrografo Hectospec del telescopio MMT, grazie a cui gli ammassi selezionati sono stati opportunamente caratterizzati; nello specifico, le osservazioni nell’ottico hanno permesso di visualizzare eventuali deformazioni morfologiche delle galassie ospiti, identificando quelle disturbate. Per determinare gli effetti dell’ambiente sull’attività degli AGN, si è proceduto alla divisione dell’area occupata da ciascun ammasso in anelli concentrici di uguale raggio centrati sul picco di emissione in banda X, il primo comprendente le regioni centrali e il secondo quelle più esterne. In questo modo, si è potuto calcolare il numero di sorgenti di raggi X in entrambi i cerchi per ogni ammasso, ottenendo pertanto una stima di quanti AGN sopravvivono mediamente vicino e lontano dal centro. Gli ammassi sono stati poi classificati in base non solo alla presenza di nuove sorgenti di raggi X entranti per cattura gravitazionale, ma anche al loro stato dinamico.

Da tale, complessa analisi è emerso

che il numero di AGN nelle regioni esterne degli ammassi di galassie supera quello relativo alle regioni centrali, data l’azione meno marcata del ram pressure stripping, e che l’ingresso di nuove sorgenti di raggi X non influisce sulla distribuzione di quelle già presenti. Inoltre, i risultati hanno confermato la mancanza di eccesso di emissione X nella periferia delle galassie disturbate, proprio in virtù delle ripetute interazioni violente da esse subite nel corso del tempo. Si può allora concludere che i meccanismi cui si imputa la soppressione dell’attività degli AGN negli ammassi di galassie siano il ram pressure stripping nelle zone in prossimità del centro, e le interazioni violente in quelle più distanti da esso.

Fonte: arXiv