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Milone, Antonino (2009) Multiple stellar populations in globular clusters. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Over the last few years HST observations have resulted in one of the most exciting and unexpected developments in stellar population studies: the photometric discovery of multiple generations of stars in several globular clusters (GC).

It began with the discovery that the main sequence (MS) of Omega Centauri splits for several magnitudes into two distinct branches (Anderson 1997, Bedin et al.2004) . Since, surprisingly the blue branch was found to have higher metallicity (Piotto et al. 2005), the only isochrones that are able to fit this combination of color and metallicity are highly enriched in helium (Y 0.38), relative to the dominant population that is presumed to have near primordial helium.

During my PhD, I contributed to a series of discoveries, mainly based on HST data of unparalleled photometric accuracy, that demonstrated that Omega Centauri is far to be unique among globular clusters. Many other GCs were found to have features in their colour-magnitude diagram indicating the presence of multiple stellar populations. The first of this series of globulars was NGC-2808 that manifests the presence of different populations of stars with a split of the MS into three well defined sequences, even thought its sub-giant branch (SGB) is very narrow, with no dispersion in the abundance of iron-peak elements (Chapter 2, Piotto et al.2007). Evidence of multiple populations has been found also in NGC-1851 (Milone et al.2008), this time in the form of a split in the SGB region. Moreover, the presence of a group of RGB stars with enhanced Sr and Ba and strong CN bands (Yong/Grundahl 2008), and the presence of a bimodal horizontal branch, agrees with the hypothesisof two stellar generations inferred by the observed SGB split.
In addition, several other massive globulars have splitted SGB:
NGC-6388, NGC-6715 (M54), NGC-6656 (M22), NGC-5286, NGC-7089 and NGC-362. Notably, each of these clusters has a different color magnitude diagram and chemical properties. Interestingly enough, in M22, two groups of stars, characterized by different -element and slightly different iron content (Marino et al. in preparation), were found along the RGB, in the same percentage of the two groups observed in the SGB.

The high accuracy ACS photometry has also revealed that the multiple stellar population phenomenon is not confined only to Galactic GCs. Mackey/Broby Nielsen (2007) suggest the presence of two populations in Large Magellanic Cloud (LMC) globular NGC-1846. Moreover, by studying a large number of intermediate-age clusters in the LMC, we found that 70% of the entire analized sample hosts multiple stellar populations.

All these findings are introducing the intriguing idea that the multiple stellar populations are a common feature among Gcs, challenging the paradigm of globulars hosting a unique population of stars. In this Thesis I will discuss our observational findings in the context of multiple populations in GCs found during my PhD and their implications in the theoretical modelson the formation and evolution of these objects.

Abstract (italiano)

Le recenti osservazioni condotte da HST negli ultimi anni hanno portato a uno dei piu' eccitanti e sorprendenti sviluppi negli studi sulle popolazioni stellari: la scoperta di generazioni multiple di stelle in molti ammassi globulari.

La prima di queste scoperte fu la sequenza principale di Omega Centauri che si divide in due distinti rami al livello di varie magnitudini. Poiche', inaspettatamente e' stato trovato che il ramo blu ha metallicita' maggiore (Piotto et al.2005), le sole isocrone in grado di riprodurre questa combinazione di colore e metallicita' , sono arricchite in elio (Y0.38) rispetto alla popolazione dominante che si suppone avere elio primordiale.

Durante la mia tesi di dottorato, ho contribuito a una serie di queste scoperte, principalmente basate su dati HST di incomparabile precisione fotometrica, che hanno mostrato che Omega Centauri non e' cosi' peculiare tra gli ammassi globulari. Sono stati trovati molti altri ammassi globulari che mostrano evidenze, nel loro diagramma colore magnitudine, della presenza di diverse popolazioni di stelle. Il primo di questa serie di globulari e' stato NGC-2808 che manifesta la presenza di diverse popolazioni stellari con una separazione della sequenza principale in tre sequenze ben definite, anche se il ramo delle sub giganti e' molto stretto, e non ci sono evidenze per una dispersione nell'abbondanza degli elementi pesanti. Evidenze di popolazioni multiple sono state trovate anche in NGC -1851
(Milone et al.2008), questa volta nella forma di una separazione nella regione del ramo delle sub giganti. Inoltre, la presenza di un gruppo di giganti rosse sovrabbondanti in Sr e Ba e caratterizzate da bande del CN forti, e la presenza di un ramo orizzontale bimodale, sono in accordo con l'ipotesi di due generazioni stellari come indicato dalla bimodalita' del ramo delle sub-giganti.

L'elevata precisione della fotometria ACS ha inoltre rivelato che il fenomeno delle popolazioni multiple non e' confinato solo agli ammassi globulari della nostra Galassia. Mackey /Broby Nielsen (2007) suggeriscono la presenza di due popolazioni nell'ammasso NGC-1846 nella Grande Nube di Magellano. Inoltre, dallo studio di un elevato numero di ammassi ad eta' intermedia nella Grande Nube, abbiamo trovato che il 70% del campione analizzato ospita popolazioni multiple.

Tutte queste scoperte stanno affermando l'affascinante idea per cui la presenza di diverse popolazioni stellari sia una caratteristica comune tra gli ammassi globulari, abbattendo il paradigma per cui questi oggetti ospiterebbero un'unica popolazione di stelle. In questa Tesi discutera' le nostre scoperte osservative, nel contesto delle popolazioni multiple in ammassi globulari, trovate durante il mio dottorato e le loro implicazioni sui modelli teorici di formazione e l'evoluzione di questi oggetti.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Piotto, Giampaolo
Correlatore:Bedin, Luigi
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 20 > Corsi per il 20simo ciclo > ASTRONOMIA
Data di deposito della tesi:01 Febbraio 2009
Anno di Pubblicazione:01 Febbraio 2009
Parole chiave (italiano / inglese):globular clusters, stellar populations, binary stars
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/05 Astronomia e astrofisica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Astronomia
Codice ID:1861
Depositato il:01 Feb 2009
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Bibliografia

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