Gli AGN sono galassie, in cui si osserva emissione di origine chiaramente non stellare nelle zone centrali, spesso non risolte, dette nuclei.
Nonostante siano oggetti di dimensioni galattiche, gli AGN hanno periodi della durata di giorni o mesi in cui il loro flusso aumenta notevolmente. Durante queste fasi “brillanti”, si misura quindi molta più radiazione gamma proveniente da queste sorgenti. Tali eventi vengono definiti flares.
La particolarità di queste galassie è che l’emissione si concentra nelle zone centrali; nonostante esse presentino dimensioni ridotte.
Si osserva come la luminosità non termica sprigionata dal nucleo galattico possa essere oltre mille volte maggiore di quella della galassia ospite.
Si crede che le galassie attive attingano la loro energia da materia in accrescimento su di un Buco Nero Supermassivo.
AGN e buchi neri
Inoltre, la correlazione osservata fra le masse dei buchi neri e delle galassie ospiti suggerisce un legame fra l’evoluzione dei due oggetti. Le conoscenze attuali portano ad ipotizzare che molte galassie (se non tutte) avrebbero attraversato nel loro arco di vita la fase attiva. Per le alte energie in gioco ed i violenti fenomeni che la caratterizzano, questa fase non può essere di lunga durata. Una breve dura giustificherebbe la bassa percentuale di Galassie Attive osservabili nell’Universo.
Al centro del nucleo galattico è presente un buco nero che “inghiotte” al suo interno una gran quantità di massa; lo stesso emette dei getti di materia a velocità elevatissime, prossime a quelle della luce.
Quando la materia cade verso il buco nero, il suo momento angolare la costringe a formare un disco di accrescimento. L’attrito riscalda la materia e ne cambia lo stato in plasma, e questo materiale carico in movimento produce un forte campo magnetico. Il materiale che si muove dentro questo campo magnetico produce grandi quantità sia di radiazione di sincrotrone che di radiazione termica sotto forma di raggi X.
È l buco nero al centro dell’AGN a fungere da vero e proprio motore, utilizzando come sorgente energetica il proprio enorme potenziale gravitazionale. La forte attrazione vincola grandi quantità di materia a ruotare attorno ad esso con velocità relativistica; la traiettoria della materia è una spirale e la caduta all’interno del buco nero permette di liberare ulteriore energia gravitazionale che sostiene tutta la struttura. Siccome il gas in accrescimento possiede in generale un momento angolare, la struttura assume la forma di un disco kepleriano di materia rotante a velocità ultra-relativistiche. Tali caratteristiche dinamiche determinano grandi instabilità, sia fluide che magnetoidrodinamiche, le quali portano alla dissipazione di energia rotazionale e all’emissione di radiazione.
Il toro oscurante
Il toro oscurante è materia, principalmente polveri e gas, in rotazione attorno al buco nero, a distanza tuttavia maggiore se paragonata al disco d’accrescimento contenuto al suo interno; densità e velocità, invece, sono minori rispetto al disco, permettendo una più ampia distribuzione del materiale nella tipica forma toroidale.
Nelle regioni sopra e sotto al disco è presente una grande quantità di materiale in rapida rotazione attorno all’asse del buco nero. Il moto a velocità elevate, ionizzando tale materiale, causa un’emissione di radiazione le cui linee sono caratteristiche di due regioni specifiche.
I getti sono fuoriuscite di materia molto energetica e altamente collimata che hanno origine dal disco d’accrescimento. La materia, accelerata dalla rotazione attorno al buco nero, raggiunge una velocità di fuga ultra relativistica ed è espulsa violentemente; le strutture che si formano possono estendersi per migliaia, o addirittura milioni di parsec senza perdere l’elevato grado di collimazione. Le velocità di propagazione apparenti possono ad arrivare ad essere 40 volte superluminali.
AGN emettitori X.
Emissione dal Radio: La forma dello spettro radio indica un’origine non termica. Probabilmente è dovuto ad elettroni relativistici presenti nella galassia ospite ed in parte ad una componente nucleare. La presenza di tagli a basse frequenze in alcuni oggetti è giustificata dall’assorbimento di sincrotrone, anche se la struttura della sorgente è sicuramente molto complessa.
L’emissione infrarossa, invece, anche se lo scenario non è così chiaro per tutti gli oggetti, sembra avere un’origine termica, da attribuire alla presenza di polveri riscaldate dalla radiazione nucleare.
Righe di Emissione La grande quantità di righe osservate è ben spiegata in termini di ionizzazione da parte della radiazione nucleare (fotoionizza- zione) di materiale circostante la sorgente centrale.
I Quasar Radio Intensi presentano spesso una notevole variabilità ed un’alta percentuale di polarizzazione, oltre ad emissione nella banda X. Caratteristica importante delle radio sorgenti sono i JETs, che sono strutture lineari estese che sembrano partire dal core centrale per collegare i due lobi. L’ apparenza di questi jets suggerisce che essi trasportino energia e particelle dalla regione compatta centrale fino alle regioni estese
L’origine dell’emissione radio è principalmente radiazione di sincrotrone emessa da elettroni relativistici, che, dal nucleo della galassia, vengono trasportati lungo una direzione principale da un “getto” o da due “getti” opposti.
MOTORE CENTRALE
Il problema fondamentale che riguarda gli AGN è la loro fonte di energia: in particolar modo come è possibile generare tanta energia in un volume molto più piccolo di un parsec cubo. Il modello corrente per il fenomeno di AGN è un motore centrale che consiste nell’accrescimento dovuto ad un disco che circonda un buco nero super-massiccio. In un tale scenario l’energia è generata dalla caduta gravitazionale di materia nel disco di accrescimento dissipativo, che riscalda la materia fino ad alte temperature.
Attorno ad un buco nero, rotante e non, si forma un DISCO DI ACCRESCIMENTO; la materia di questo disco di accrescimento può cadere dentro al buco nero perdendo il suo momento angolare tramite le forze di viscosità. La viscosità gioca un ruolo fondamentale nella teoria di questo modello, permettendo alla materia di spiraleggiare verso il buco nero trasferendone il momento angolare alle zone più esterne ed agendo come forza di frizione, con il risultato di dissipare calore.
Il risultato finale è che la materia del disco di accrescimento si muove gradualmente verso il centro fino a raggiungere l’ultima orbita stabile del buco nero, per poi finirvi dentro.