Radio morphology-accretion mode link in FRII low-excitation radio galaxies

Questo lavoro di tesi consiste nello studio sistematico di una popolazione di radiogalassie con comportamenti apparentemente difformi tra banda radio e ottica. Si tratta di AGN radio-loud molto potenti, con emissione radio estesa tipica di radiogalassie. Gli oggetti analizzati in questo lavoro sono classificati in banda radio come FRII, essendo caratterizzate su larga scala dalla presenza di hot-spot e assenza di getti gemelli. Sono invece classificate come LERG (Low Excitation Galaxies) in banda ottica, per via della presenza di alcune righe di emissione che permettono di stabilire il grado di eccitazione delle regioni centrali. Il catalogo da cui queste sono estratte è il 3CR, imponendo un taglio in redshift per z<0.3. Per quanto riguarda i dati ottici, radio e la classificazione di tutte le sorgenti, si è fatto riferimento agli articoli di Buttiglione et al. (2009). L'analisi in banda X è stata svolta utilizzando i dati di archivio pubblici dei telescopi Chandra e XMM-Newton. Una volta estratto lo spettro di emissione, per ogni sorgente si è cercato di ricostruire e studiare il modello fisico che meglio ne descrivesse l'emissione. La raccolta e unione di dati radio, ottici e X per un campione completo di FRII-LERGs costituisce un punto nodale per la comprensione complessiva delle proprietà ambientali, di emissione ed accrescimento delle radio galassie. Lo studio dei meccanismi che portano alla formazione di questa popolazione è infatti, allo stato attuale, lontano da una comprensione completa e univoca. Una volta unite le informazioni provenienti dalle varie bande è stato possibile raggiungere una visione d'insieme e trarre alcune conclusioni. Per alcune proprietà intrinseche questa popolazione di radiogalassie si trova a metà strada tra FRII-HERGs e FRI-LERGs, permettendo di avvalorare l'ipotesi secondo cui la popolazione delle FRII-LERGs stia sperimentando una fase di transizione

Processi di scattering in astrofisica

L'attenzione è stata posta su tre fenomeni fondamentali di scattering: Thomson, Compton e Compton inverso. Sono state sottolineate alcune ed eventuali applicazioni astrofisiche di questi e valutate le implicazioni o generalizzazioni che da tali fenomeni possono derivare: Synchrotron Self-Compton, Comptonizzazione ed effetto Sunyaev-Zeldovich termico. Infine è stato preso un caso astrofisico come applicazione di questi fenomeni: Sagittarius A*, una fonte radio proveniente dal centro della nostra galassia, molto studiata negli anni, citando un articolo pubblicato su una rivista scientifica nel 2012

Cross-population radio galaxies as a test of the jet-accretion relationship

Radio galaxies (RGs) are extremely relevant in addressing important unknowns concerning the interaction among black hole accretion, radio jets, and the environment. In the classical scheme, their accretion rate and ejection of relativistic jets are directly linked: efficient accretion (HERG) is associated with powerful edge-brightened jets (FRIIs); inefficient accretion (LERG) is associated with weak edge-darkened jets (FRIs). The observation of RGs with an inefficient engine associated with edge-brightened radio emission (FRII-LERGs) broke this scheme. FRII-LERGs constitute a suitable population to explore how accretion and ejection are linked and evaluate the environment's role in shaping jets. To this aim, we performed a multiwavelength study of different RGs catalogs spanning from Jy to mJy flux densities. At first, we investigated the X-ray properties of a sample of 51 FRIIs belonging to the 3CR catalog at z<0.3. Two hypotheses were invoked to explain FRII-LERGs behavior: evolution from classical FRIIs; the role of the environment. Next, we explored the mJy sky by studying the optical-radio properties of hundreds of RGs at z<0.15 (Best & Heckman 2012 sample). FRII-LERGs appear more similar to the old FRI-LERGs than to the young FRII-HERGs. These results point towards an evolutive scenario, however, nuclear time scale changes, star population aging, and kpc-Mpc radio structure modification do not agree. The role of the Mpc environment was then investigated. The Wen et al. 2015 galaxy clusters sample, built exploiting the SDSS survey, allowed us to explore the habitat of 7219 RGs at z<0.3. Most RGs are found to live in outside clusters. For these sources, differences among RG classes are still present. Thus, the environment is not the key parameter, and the possibility of intrinsic differences was reconsidered: we speculated that different black hole properties (spin and magnetic field at its horizon) could determine the observed spread in jet luminosity

Large-scale radio morphology and nuclear accretion in FRII-low-excitation radio galaxies

Radio galaxies (RGs) are among the most energetic manifestation of the AGN phenomenon and, as such, are extraordinarily relevant to address important unknowns relating accretion and ejection, and to investigate the role of the surrounding environment in shaping the radio morphology. The best candidates for this pioneering study are the RGs classified as FRII-LERGs, since they show both a radio morphology typical of powerful RGs (expected to have a standard accretion disc) and have an inefficient engine, as suggested by their optical spectra. In this work we study the X-ray properties of all the FRII-LERGs of the 3CR sample at z<0.3 testing three possible scenarios: (i) FRII-LERGs are recently switched-off high-excitation RGs (HERGs) with efficient accretion disc; (ii) FRII-LERGs are strongly absorbed HERGs; (iii) FRII-LERGs are inefficient accretors and their large-scale radio emission is mainly determined by the environment. These results will be further supplemented by multi-wavelength observations, with particular attention to the radio band

Detection of a radio-filled X-ray cavity within the interstellar medium of NGC 5141

We present the first Chandra detection of a single X-ray cavity within the interstellar medium of the small Fanaroff-Riley type I (FRI) radio galaxy NGC 5141. The X-ray surface brightness depression, located $\approx 4$ kpc away from the galaxy center, is projected on the northern radio lobe, which is completely contained within the galaxy. The thermal gas surrounding the cavity, which extends to $\approx$ 20 kpc, has a bolometric X-ray luminosity (0.1 - 100 keV) of L${_X}\approx2\times10^{40}$ erg s$^{-1}$ and a temperature of $kT\approx0.8$ keV. We calculated the total energy (E$_{cav} = 4PV \approx 10^{55}$ erg) required to inflate the cavity and its age ($t_{cav}\approx 9$ Myrs), assuming that it is filled with relativistic particles and rises buoyantly. The inferred total cavity power is as low as P$_{cav}=E_{cav}/t_{cav}\approx6\times10^{40}$ erg s$^{-1}$, which is the lowest one among the radio-filled systems. Comparing $P_{cav}$ to the bolometric X-ray luminosity (i.e., the cooling luminosity), we conclude that NGC 5141's central active galactic nucleus can heat the interstellar medium and balance its cooling luminosity, confirming that the $P_{cav}-L_{cool}$ relation, mainly tested on groups and clusters, also works for such a low-power system.Comment: 9 pages, 6 figures, accepted for publication in A&A on 28 January 202