Una delle linee di ricerca della cosmologia osservativa e, in
particolare, dell'astronomia in banda X consiste nello studio dei
nuclei galattici attivi (AGN) oscurati, in particolare di quelli ad
alto redshift, i quasar di tipo 2. Questo tipo di ricerca
puo' essere condotto efficacemente tramite le survey in
banda X e, negli ultimi anni, in banda infrarossa, la cui
complementarieta' e` risultata evidente da studi recenti condotti
con il satellite infrarosso Spitzer. La popolazione di
AGN oscurati e' rilevante per tutta una serie di problematiche di
tipo cosmologico, in primis perche' queste sorgenti
rivestono un ruolo chiave nella radiazione di fondo in banda X;
inoltre, la maggior parte della densita` di energia nell'Universo
legata a fenomeni di accrescimento su buchi neri super-massicci
risiede in sorgenti X oscurate. Nonostante le indagini condotte
negli ultimi anni con i satelliti Chandra ed
XMM-Newton, rimane tuttora da definire il numero e le
proprieta' di un gran numero di AGN molto oscurati, i cosiddetti
Compton thick, per i quali l'elevato oscuramente impedisce
tipicamente all'emissione nucleare primaria di essere vista in
maniera diretta sotto i 10 keV. Una strategia osservativa e di
selezione combinata X ed infrarossa costituisce probabilmente
il modo migliore per rivelarli, anche ad alto redshift.
Altro argomento di notevole interesse e' relativo allo studio dei
primi AGN che si sono formati nell'Universo, al fine di derivare le
condizioni primordiali dell'Universo in cui questi oggetti si sono
formati e porre vincoli sulla loro densita' ed evoluzione. Al
momento, la conoscenza della popolazione di AGN ad alto redshift e'
limitata agli oggetti piu' brillanti appartenenti a questa classe,
a causa del flusso (magnitudine) limite di molte delle
survey X (ottiche). Diversi modelli teorici prevedono che
questi quasar ad alto redshift costituiscano solo una
frazione modesta della popolazione di AGN che si sono formati
quando l'eta' dell'Universo e' inferiore ad un miliardo d'anni. In
tale ambito, a Bologna e' in corso una ricerca intensiva di AGN ad
alto z ed una loro caratterizzazione multi-frequenza,
fondamentalmente nei campi COSMOS e CDF-S. Inoltre, si
ricercano AGN ad alto redshift nei campi di quasar luminosi a
z~6, che dovrebbero essere al centro di aloni molto massivi di
materia oscura.
L'astrofisica delle alte energie e` stata contraddistinta, negli
ultimi anni, da numerosi studi atti alla ricerca di AGN luminosi ed
oscurati ad alto redshift, i cosiddetti quasar di
tipo 2 che, predetti dai modelli unificati, rivestono un ruolo
importante anche per la modellistica del fondo cosmico in banda X
(XRB). Ci sono evidenze che una frazione sostanziale (50-80%) della
densita' di energia dell'Universo associabile all'accrescimento di
materia sui buchi neri super-massicci (SMBH) avvenga in AGN
oscurati. Inoltre,
dal confronto tra la frazione di XRB risolto sotto i 6 keV (80-90%)
e quello ad energie 6-10 keV (50-60%) si puo' ipotizzare
l'esistenza di un'ulteriore popolazione di AGN oscurati,
probabilmente Compton thick (ossia con densita' di colonna
>10^24 cm^-2), non ancora rivelati in maniera efficace dalle
survey X, anche in quelle piu' profonde. Seppur
complessivamente la banda X sia efficiente nel rivelare AGN
oscurati, appare chiaro che un tale tipo di studio non possa essere
condotto senza un'adeguata copertura multi-frequenza,
al fine di caratterizzare, da un punto di vista fisico e
morfologico, gli AGN oscurati di cui sopra, e di stimare in maniera
attendibile
quanti di questi oggetti vengano persi dalla survey condotte
in un'unica banda (ad esempio quella X) per effetti di selezione. A
tal proposito, l'avvento di survey X profonde su piccolo
campo, insieme con quelle meno profonde ma su grande area condotte
con i telescopi X Chandra ed XMM-Newton, ha permesso
di approfondire molte delle tematiche relative allo studio di AGN
oscurati
ad alto redshift. In maniera simile, recenti osservazioni
con il telescopio spaziale Spitzer nel vicino e medio
infrarosso hanno svolto un ruolo cruciale nel definire criteri di
selezione di oggetti oscurati ad alto redshift alternativi a
quelli offerti dalle survey in banda X. La panoramica che
emerge e' che solo con un approccio multifrequenza (per esempio
selezionando oggetti con alto rapporto medio-infrarosso/ottico) nei
prossimi anni si riuscira' ad avere una visione piu' chiara ed
ampia di questo rilevante tema astrofisico e cosmologico e una
stima migliore delle proprieta` fisiche di questi AGN.
Nel campo della ricerca di AGN oscurati ad alto redshift, da
studi recenti sta emergendo chiaramente che una frazione di questi
possiede
colori molto rossi; con R-K>5, questi oggetti, chiamati
Extremely Red Objects (EROs), sono
contraddistinti da una frazione non trascurabile di nuclei attivi
in cui all'estinzione in banda ottica/infrarossa si associa
l'assorbimento in banda X. Data la buona qualita' dei dati (sia in
banda ottica/infrarossa sia in banda X) per un numero elevato di
questi oggetti, e' ora possibile effettuare studi sistematici e
statisticamente rilevanti al fine di determinare quanti EROs siano
effettivamente legati a fenomeni di accrescimento e quali siano le
loro proprieta` di emissione; per gli oggetti piu' deboli in banda
X, e' possibile, tramite una tecnica chiamata "stacking
analysis", derivarne le proprieta' medie. Le implicazioni
cosmologiche nello studio degli EROs sono molteplici, in
primis il fatto che quelli che contengono un nucleo attivo
rappresentano probabilmente una fase di co-evoluzione tra il SMBH
(legato all'AGN) e la galassia ospite, responsabile di buona parte
dell'emissione in banda ottica e nel vicino infrarosso.
Le proprieta' evolutive degli AGN rappresentano un altro argomento
di forte impatto nell'astrofisica, non solo delle alte energie.
Chiaramente gli AGN evolvono, pero' non e' ancora del tutto chiaro
come questo avvenga e dipenda dalle condizioni dell'ambiente in cui
gli AGN si trovano. A tal proposito, lo studio di AGN e
quasar luminosi a redshift >4, quando l'Universo
ha un'eta' inferiore ad un miliardo di anni, e' risultato una
tematica particolarmente interessante degli ultimi anni. La
radiazione X e' una caratteristica comune
alla maggior parte degli AGN ed e' rivelabile, grazie alla
sensibilita` degli strumenti attuali a bordo dei telescopi
Chandra ed XMM-Newton, fino ad alti redshift.
Inoltre, il fatto che tale radiazione sia legata direttamente ai
fenomeni di accrescimento, permette di studiare le regioni piu'
interne degli AGN, fornendo dettagli sui meccanismi stessi di
produzione dell'energia. L'attuale disponibilita' di grandi
campioni di quasar, resa possibile soprattutto grazie alla
Sloan Digital Sky Survey, permette studi sistematici delle
proprieta` in banda X di tali oggetti in funzione del tempo
cosmico, nonche' della luminosita' ottica/UV. Tali studi possono
essere supportati da analisi dettagliate di campioni di oggetti
locali tramite spettroscopia in banda X di quasar con dati
XMM-Newton e Chandra. Questi ultimi studi permettono
un dettaglio, nella definizione delle proprieta' fisiche di tali
AGN e dei loro meccanismi di emissione, difficilmente possibili ad
alto redshift prima dell'avvento dei satelliti X di prossima
generazione quale la missione appena approvata dall'ESA
Athena.