96382 - ACTIVE GALACTIC NUCLEI AND SUPERMASSIVE BLACK HOLES

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course, the student will have a good knowledge of the observational and physical properties of Active Galaxies in the various bands of the electromagnetic spectrum and their cosmic evolution. The first black hole in the Universe will be discussed along with their growth history and active phases. Knowledge of the strict link between the accretion processes of supermassive black holes at the center of galaxies and star-formation activity, in the so-called co-evolution scenario involving feedback processes, will also be acquired by students.

Contenuti

Argomenti principali: la fisica degli AGN e loro classificazione. Evoluzione degli AGN. I primi AGN dell'Universo. Feedback da AGN.

• Introduzione al corso.
• Breve introduzione storica sui Nuclei Galattici Attivi (AGN).
• Richiami al trasporto radiativo. Processi termici e non termici di emissione.
• Classificazione degli AGN e modello unificato.
• Emissione multi-frequenza degli AGN: osservazioni, fisica, modelli.
• La natura dell'oscuramento negli AGN: toro vs. galassia ospite. Tecniche di selezione (spettroscopiche, fotometriche) di AGN oscurati.
• Dischi radiativamente efficienti (Shakura-Sunyaev) vs. soluzioni di dischi inefficienti (ADAF). Soluzioni di dischi "slim" e loro potenziali applicazioni nell'ambito dei buchi neri.
• Le regioni più interne di un AGN viste da EHT e GRAVITY.
• Il centro galattico: SgrA* e la sua storia di accrescimento fino ad eventi di flare recenti. Il piano galattico: Fermi bubbles and i "camini" in banda X.
• Modelli di co-evoluzione AGN-galassia ad alto redshift vs. modello unificato.
• Formazione ed evoluzione degli AGN. Survey in banda X e fondo cosmico in banda X. L'argomento di Soltan.
• AGN ad alto redshift: rivelazione e implicazioni per le teorie sui BH seme primordiali.
• AGN radio quieti vs. radio emittenti. Meccanismi di emissione, caratteristiche osservative, distribuzioni di energia spettrale e sequenza dei blazars. Prospettive per il Cerenkov Telescope Array nella banda del TeV.
• Stima delle masse dei buchi neri tramite studi di reverberation e relazioni di scala.
• Feedback (meccanico/radiativo) da AGN. L'impatto di venti di varia natura e outflows su tutte le scale e nella relazione massa del BH-dispersione di velocità delle galassie. Risultati recenti multi-frequenza.
• Il ruolo dei merger nell'attivare attività nucleare. La ricerca di AGN duali e binari nell'era delle onde gravitazionali.
  
  

Testi/Bibliografia

LIBRI

• Hale Bradt: "Astrophysics Processes: The Physics Of Astronomical Phenomena", Cambridge University Press
• George B. Rybicky, Alan P. Lightman: "Radiative Processes in Astrophysics", Wiley
• Gabriele Ghisellini: "Radiative processes in high energy astrophysics", Springer, Lecture Notes in Physics 873
• Bradley M. Peterson: "An introduction to Active Galactic Nuclei", Cambridge University Press
• J. Frank, A. King & D. Raine: "Accretion Power in Astrophysics", Cambridge University Press
• Frederick D. Seward, Philip A. Charles: "Exploring the X-ray Universe", Cambridge University Press
• Hagai Netzer: "The Physics and Evolution of Active Galactic Nuclei", Cambridge University Press
• Volker Beckmann, Chris Shrader: "Active Galactic Nuclei", Wiley-VCH
• Haardt F., Gorini V., Moschella U., Treves A., Colpi M.:
  "Astrophysical Black Holes", Springer, Lecture Notes in Physics, 905
• Falanga M., Belloni T., Casella P., Gilfanov M., Jonker P., King A.: "The Physics of Accretion onto Black Holes", Springer, Space Sciences Series of ISSI

 

Articoli di letteratura: suggerimenti per possibili approfondimenti

• B. Peterson: "The central black hole and relationships with the host galaxy", New Astronomy Reviews, 52, 240 (2008)
• A. King: "Disc accretion in active galactic nuclei",New Astronomy Reviews, 52, 253 (2008)
• S. Bianchi, R. Maiolino, G. Risaliti:"AGN Obscuration and the Unified Model", Advances in Astronomy, Vol. 2012, id. 782030 (arXiv:1201.2119)
• A. Merloni:"Observing Supermassive Black Holes Across Cosmic Time: From Phenomenology to Physics", Astrophysical Black Holes, Lecture Notes in Physics, Springer, Vol. 905, p.101 (2015; arXiv:1505.04940)
• M. Middleton: "Black hole spin: theory and observation", Astrophysics of Black Holes, Astrophysics and Space Science Library, Springer, Vol. 440, p.99 (2016, arXiv:1507.06153)
• C. Tadhunter: "An introduction to active galactic nuclei: Classification and unification", New Astronomy Reviews, 52, 227 (2008)
• H. Netzer: "Revisiting the Unified Model of Active Galactic Nuclei", ARA&A, 53, 365 (2015)
• P. Padovani et al.:"Active galactic nuclei: what's in a name?", Astron. Astrophys. Rev., 25, 2 (2017)
• M. Elitzur: "The toroidal obscuration of active galactic nuclei", New Astronomy Reviews, 52, 274 (2008)
• C. R. Almeida, C. Ricci: "Nuclear obscuration in active galactic nuclei", Nature Astronomy 1, 679 (2017)
• R.C. Hyckox, D.M. Alexander:"Obscured Active Galactic Nuclei", ARA&A, 56, 625 (2018)
• M. Suganuma et al.: "Reverberation measurements in the inner radius of the dust torus in nearby Seyfert 1 galaxies", ApJ, 639, 46 (2006)
• N.I. Shakura, R.A. Sunyaev: "Black Holes in Binary Systems. Observational appearance", A&A, 24, 337 (1973)
• F. Yuan, R. Narayan: "Hot Accretion Flows Around Black Holes", ARA&A, 52, 529 (2014)
• The Event Horizon Telescope Collaboration: "First M87 Event Horizon Telescope results. I. The shadow of the supermassive black hole", ApJ, 875, L1 (2019)
• GRAVITY Collaboration: "Spatially resolved rotation of the broad-line region of a quasar at sub-parsec scale", Nature, 563, 657 (2018)
• R. Genzel, F. Eisenhauser, S. Gillessen: "The Galactic Center massive black hole and nuclear star cluster", Reviews of modern physics, 82 (2010)
• M.R. Morris, L. Meyer, A.M. Ghez: "Galactic Center research: manifestations of the central black hole", Research Astronomy Astrophysics, 12, 995 (2012)
• G. Ponti, M.R. Morris, R. Terrier, A. Goldwurn:"Traces of past activity in the Galactic Center", arXiv:1210.3034 (2012)
• W.N. Brandt, D.M. Alexander: "Cosmic X-ray surveys of distant active galaxies. The demographics, physics and ecology of growing supermassive black holes", Astron. Astrophys. Rev., 23, 1 (2015)
• W.N. Brandt, D.M. Alexander: "Supermassive black-hole growth over cosmic time: Active galaxy demography, physics, and ecology from Chandra surveys", Publications of the National Academy of Science, 107, 16, p.7184 (2010)
• K. Inayoshi, E. Visbal, Z. Haiman: "The Assembly of the First Black Holes", ARA&A, 58, 27 (2020)
• R. Blandford, D. Meier, A. Readhead: "Relativistic jets from Active Galactic Nuclei", ARA&A, 57, 467 (2019)
• A. Tchekhovskoy, J.C. McKinney, R. Narayan: "General relativistic modeling of magnetized jets from accreting black holes", Astronomy at High Angular Resolution 2011, Journal of Physics, Conf. Series 372 (2012)
• M.J. Hardcastle, J.H. Croston: "Radio galaxies and feedback from AGN jets", New Astronomy Reviews, 88, 101539 (2020)
• P.N. Best, T.H. Heckman: "On the fundamental dichotomy in the local radio-AGN population: accretion, evolution and host galaxy properties", MNRAS, 421, 1569 (2012)
• D.E. Harris, H. Krawczynski: "X-ray emission from extragalactic jets", ARA&A, 44, 463 (2006)
• B.M. Peterson: "Toward precision measurement of central black hole masses", proceedings IAU Symposium 267 (2010)
• Y. Shen: "The mass of quasars", Bulletin of the Astronomical Society of India, 41, 61 (2013)
• A. King & K. Pounds: "Powerful Outflows and Feedback from Active Galactic Nuclei", ARA&A, 53, 115 (2015)
• A. King: "The supermassive black-hole - galaxy connection", Space Science Reviews, 183, 427
• A. King: "The AGN-starburst connection, galactic superwinds, and Mbh-sigma", ApJ, 635, L121 (2005)
• A. King: "Accretion and outflow in active galaxies", proceedings of IAU Symposium 267, 273 (2010)
• A.C. Fabian: "Observational evidence of active galactic nuclei feedback", ARA&A, 50, 455 (2012)
• C.M. Harrison: "Impact of supermassive black hole growth on star formation", Nature Astronomy, 1, 0165, arXiv:1703.06889 (2017)
• C.M. Harrison et al.: "AGN outflows and feedback twenty years on", Nature Astronomy 2, 198, arXiv:1802.10306 (2018)
• C. Cicone et al.: "Massive molecular outflows and evidence for AGN feedback from CO observations", A&A, 562, A21 (2014)
• R. Morganti: "The many routes to AGN Feedback", Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 4, 42 (2017)

Metodi didattici

Durante le lezioni, condotte avvalendosi di presentazioni powerpoint, verranno discussi alcuni dei temi più interessanti dell'astrofisica moderna, in particolar modo nell'ambito dei nuclei galattici attivi e delle galassie supermassicce in cui si sviluppa l'attività nucleare. Gli studenti potranno approfondire gli argomenti presentati tramite i libri di testo suggeriti, e verificare lo stato dell'arte tramite lettura di articoli di review recenti.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento verrà effettuata tramite un esame orale, che comincia con un argomento a piacere scelto dal candidato e continua con la verifica delle conoscenze acquisite durante il corso. Allo studente viene richiesta capacità di collegare,  in modo appropriato, i vari argomenti sviluppati nel corso. Viene anche richiesta capacità di analisi critica di argomenti di assoluto rilievo dell'astrofisica moderna in relazione alle galassie attive e ai buchi neri supermassicci, nonché di calcolare quantità fisiche attraverso equazioni di fisica classica.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni powerpoint (disponibili sulla pagina web personale e su IoL) e lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cristian Vignali