Multi-band Emission of Active Galactic Nuclei: the Relationship of Stellar and Gravitational-Accretion Activity

One of the remaining open issues in the context of the analysis of active galactic nuclei is the evidence that nuclear gravitational accretion is often accompanied by a concurrent starburst activity. What is, in this picture, the role played by the obscuring dust around the nucleus and what does the state of the art models have to say? Can the infrared data provided by Spitzer and Herschel help us in extensively investigate both phenomena and, if so, how and with what limitations? Does the presence of an active nucleus have an impact in the mid- and far-infrared properties of galaxies? Which are the effects of simultaneous nuclear gravitational accretion and starburst activities in these same galaxies? This Thesis presents our contribution to the efforts of answering these questions. I report on results coming from a comparative study of various approaches adopted while modelling active galactic nuclei, focusing mostly on the much-debated issue about the morphology of the dust distribution in the toroidal structure surrounding their nuclear centre. We largely illustrate that properties of dust in active galactic nuclei as measured by matching observations (be it broad band infrared photometry or infrared spectra) with models strongly depend on the choice of the dust distribution. Further, I describe a spectral energy distribution fitting tool appositely developed to derive simultaneously the physical properties of active nuclei and coexisting starbursts. The procedure was developed to make the best use of Spitzer and Herschel mid- and far-infrared observations. Such data play a crucial role in this context, providing much stronger constraints on the models with respect to the previous observing facilities. The tool has been applied to a large sample of extragalactic sources representing the Herschel/Multi-tiered Extragalactic Survey population with mid-infrared spectra from Spitzer and with a plethora of multi-wavelength data (SDSS, Spitzer and Herschel/SPIRE). The goal of such work is to study the impact of a possible presence of an active nucleus on the host galaxy's properties. Finally, I present the main results obtained. In particular, I focus on the analysis of the star formation rate in connection to the presence of an active nucleus and on the comparison of the properties of the hot, heated by the active nucleus, and cold, starburst heated, dust components.

Una delle questioni ancora aperte nell'ambito dell'analisi dei nuclei galattici attivi riguarda il fatto che l'accrescimento gravitazionale nucleare è spesso accompagnato da una concomitante attività di formazione stellare . Qual è, in questo contesto, il ruolo assunto dalla polvere oscurante che circonda il nucleo e cosa può dirci lo stato dell'arte dei modelli a riguardo? Riescono i dati infrarossi dei satelliti Spitzer e Herschel a permettere uno studio approfondito di entrambi i fenomeni e, in tal caso, come e con quali limitazioni? La presenza di un nucleo attivo ha effettivamente un impatto sulle proprietà medio e lontano infrarosse delle galassie ospiti? Quali sono gli effetti della simultaneità dell'accrescimento gravitazionale nella regione nucleare e dell'attività di formazione stellare in queste stesse galassie? In questa Tesi viene esposto il nostro contributo al tentativo di rispondere a queste domande. Vengono presentati i risultati di uno studio comparativo tra diversi approcci usati per modellare i nuclei galattici attivi, focalizzandosi soprattutto sulla questione, attualmente ancora molto dibattuta, relativa alla morfologia della distribuzione della polvere nella struttura toroidale che circonda il centro del nucleo. Viene mostrato in maniera esaustiva che le proprietà della polvere dei nuclei attivi, ottenute dal confronto tra modelli e osservazioni (sia fotometria infrarossa a banda larga che spettro medio infrarosso), dipendono fortemente dalle assunzioni sulla distribuzione della polvere. Viene fornita, inoltre, una descrizione dettagliata della tecnica di sintesi spettrofotometrica sviluppata allo scopo di ricavare contemporaneamente le proprietà fisiche dei nuclei attivi a delle coesistenti galassie ''starburst''. Tale procedura è stata sviluppata per sfruttare al meglio le osservazioni medio e lontano infrarosse dei satelliti Spitzer e Herschel. In questo contesto, tali dati giocano un ruolo cruciale fornendo vincoli molto più forti sui modelli rispetto alle precedenti strutture osservative. Il codice di sintesi spettrofotometrica è stato usato su un vasto campione di sorgenti extragalattiche rappresentanti la popolazione della Herschel/Multi-tiered Extragalactic Survey per le quali erano disponibili sia lo spettro medio infrarosso di Spitzer che un pletora di dati multi-banda (SDSS, Spitzer e Herschel/SPIRE). L'obiettivo di tale lavoro è quello di studiare l'impatto che l'eventuale presenza di un nucleo attivo potrebbe avere sulle proprietà delle galassie ospiti. Infine, vengono presentati i principali risultati ottenuti, con particolare attenzione all'analisi del tasso di formazione stellare in relazione alla presenza di un nucleo attivo e al confronto delle proprietà della polvere calda, riscaldata dal nucleo attivo stesso, e fredda, riscaldata dalla formazione stellare.