Physics of the Broad Emission Line Regions in Active Galactic Nuclei and the Spectral Properties of the Balmer Series

Lo spettro della radiazione elettromagnetica dei Nuclei Galattici Attivi (AGN) viene spesso contraddistinto dalla presenza di un continuo di emissione, esteso su di un vasto intervallo di frequenze, che vanno dai raggi X e Gamma fino alle onde radio, come pure da quella di un gran numero di righe di emissione. Le proprietà di queste righe suggeriscono un'origine legata ai processi di ricombinazione, che seguono alla foto-ionizzazione del gas da parte della porzione più energetica del continuo irradiato dalla sorgente. Osservando i profili delle righe di ricombinazione, inoltre, è possibile operare una distinzione tra righe di emissione larghe, esclusivamente associate a transizioni atomiche permesse, e righe di emissione strette, che, invece, vengono comunemente identificate anche in corrispondenza di transizioni proibite. La suddivisione dei profili, in base alla probabilità di transizione delle righe corrispondenti, indica che i due tipi di emissione hanno una diversa origine. In particolare, le righe larghe provengono da una regione occupata da un plasma ad alta densità particellare, che si trova nelle immediate vicinanze della sorgente centrale di radiazione ionizzante, la Broad Line Region (BLR). A causa della sua limitata estensione e della densità del materiale che la costituisce, le proprietà della BLR non sono direttamente osservabili, né possono essere gestite adeguatamente per mezzo dei metodi spettroscopici che vengono impiegati in altre situazioni, ove sussiste un bilancio tra processi di foto-ionizzazione e ricombinazione. Lo scopo di questa tesi di dottorato è quello di studiare le proprietà cinematiche e termodinamiche del gas, all'interno della BLR, sviluppando un'analisi delle righe spettrali emesse dall'idrogeno nella serie di Balmer. Dopo aver discusso alcune fondamentali caratteristiche, che permettono di interpretare la natura degli AGN, descriviamo la relazione tra lo stato termodinamico del plasma nella BLR ed i fenomeni che avvengono nella sorgente centrale. La nostra indagine sfrutta l'applicazione dei Diagrammi di Boltzmann e di una tecnica basata sulla cross-correlazione dei profili su due campioni di oggetti, selezionati presso l'archivio della Sloan Digital Sky Survey (SDSS), per estrarre informazioni da tutte le righe osservate. I risultati così ottenuti migliorano la nostra comprensione della struttura della BLR, nonché dell'influenza giocata dalla sorgente centrale nel determinare lo stato fisico del gas al suo interno.