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Type: Tese de Doutorado
Title: Caracterização e evolução estrutural de aglomerados abertos da galáxia
Authors: Francisco Ferreira de Souza Maia
First Advisor: Joao Francisco Coelho dos Santos Junior
First Co-advisor: Wagner Jose Corradi Barbosa
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Andres Piatti
First Referee: Gabriel Armando Pellegatti Franco
Second Referee: Daniela Borges Pavani
Third Referee: Wilton da Silva Dias
Abstract: Aglomerados abertos são excelentes ferramentas para a investigação de um grande número de fenômenos astrofísicos. Enquanto jovens, o gás e a poeira remanescente de sua formação dificultam a identificação da população estelar emergente. Os aglomerados que se mantêm coesos após a ejeção do gás e poeira de sua nuvem natal, sobrevivem no disco Galáctico, perdendo gradualmente sua população estelar devido a forças externas e de sua própria evolução dinâmica, até serem dispersados. Nestes estágios, o pequeno número de estrelas restantes no alvo e a variabilidade espacial da população estelar do disco são os fatores limitantes na identificação e caracterização destes aglomerados. A contaminação da população estelar do alvo por estrelas de campo é uma dificuldade constante no estudo dos aglomerados abertos. Neste sentido, desenvolvemos um método capaz de separar as estrelas pertencentes a um aglomerado das estrelas de campo, baseado nas diferenças fotométricas entre estas populações. Testado sobre aglomerados reais bem estudados e sobre um aglomerado simulado, o método apresentou resultados consistentes, independentemente das propriedades físicas do alvo e do campo onde está imerso, já que foi possível obter uma região de convergência de parâmetros comum a todos os alvos. Sua eficiência, entretanto, depende da seleção de uma amostra de campo representativa da população de campo na região do aglomerado, em termos da distribuição de estrelas no diagrama cor-magnitude. Visando contribuir para um melhor entendimento da evolução dos aglomerados abertos, selecionamos para estudo dois alvos em estágios evolutivos muito distintos. NGC1981 é um aglomerado estelar jovem que, apesar de ainda exibir poeira e gás restantes de sua formação e várias estrelas massivas, apresenta sinais de estar se dissolvendo. Ao contrário, ESO442SC04 apresenta apenas uma pequena sobredensidade estelar sobre o campo e não possui qualquer indício em sua população estelar que permita distinguí-lo prontamente da população de campo. A investigação de NGC1981, utilizando o método de descontaminação fotométrico, revelou uma rica população de estrelas na pré-sequência principal associada ao aglomerado, pela primeira vez detectada. A partir do ajuste de isócronas de metalicidade solar em diagramas cor-magnitude, construídos em bandas ópticas e infravermelhas, determinamos sua idade t = 5 ±1 Manos, distância d = 380 ± 17 pc e avermelhamento E(B-V) = 0,07 ± 0,03. A análise de seus parâmetros estruturais, obtidos por ajustes de funções de King, revelou um n´ucleo de estrelas compacto (RC = 0,09 ± 0,04 pc) mas pouco denso (0 = 2,4 ± 1,3 estrelas/arcmin), e apresentando um raio limite de Rlim = 1,21 ± 0,11 pc. O tempo de relaxação, calculado a partir da cinemática de suas estrelas, trelax = 0,42 M anos, mostra que o aglomerado teve tempo de evoluir dinamicamente, levando a um possível colapso de seu núcleo e a evaporação de estrelas. De fato, a distribuição de massa do aglomerado mostra uma depleção de estrelas de baixa massa, quando comparada à função de massa de Salpeter. A massa total calculada é pequena (M = 137 ± 14 M), e as energias cinética e potencial calculadas para as estrelas dentro do raio limite indicam que o sistema é desligado gravitacionalmente. No estudo detalhado da população estelar de ESO442SC04, combinamos dados fotométricos (2MASS e SOI/SOAR), dados cinemáticos (UCAC3) e espectroscopia (GMOS-Gemini) das estrelas na região central do alvo. A análise do perfil de densidade estelar confirma a presença de um núcleo compacto de estrelas com uma clara sobredensidade estelar em relação ao campo. Nos diagramas cor-magnitude estas estrelas se distinguem do campo adjacente, imitando a população de um aglomerado velho e pouco populoso. Verificamos, contudo, que a análise da cinemática das estrelas na região do alvo não revela uma população com movimentos próprios coesos em meio às flutuações do movimento da população do disco Galáctico. Além disso, os parâmetros estelares derivados dos espectros mostraram grande heterogeneidade, particularmente entre as estrelas mais brilhantes. Por fim, a distribuição das estrelas mais vermelhas no diagrama cor-cor se distingue daquela das estrelas mais azuis, sugerindo que elas pertençam a populações distintas.Concluímos que NGC1981 é um aglomerado aberto jovem prestes a se dissipar. A recente expulsão do gás restante de sua formação aliado a sua reduzida população estelar geraram um potencial gravitacional reduzido, incapaz de manter coesa a sua população estelar. Desvendamos a natureza física do objeto ESO442SC04 que apesar das semelhanças com um remanescente de aglomerado aberto, trata-se de um asterismo. Ressaltamos porém, que a análise de objetos desta classe pode ser enganosa se baseada apenas em dados fotométricos ou do movimentos próprios.
Abstract: Open clusters are excellent tools for the investigation of large numberof astrophysical phenomena. While a cluster is still young, the gas anddust remaining from its formation makes difficult the identification of theemerging stellar population. After the ejection of the gas and dust fromits parental cloud, the surviving cluster orbits the Galactic disk graduallylosing its stars due to external forces and to its own dynamical evolution,until dispersion. In these final stages, the small number of cluster stars and the spatial fluctuations of the disk stellar population are the main limiting factors on the identification and characterization of open clusters. The field star contamination of the cluster stellar population is a constant difficulty in the study of open clusters. Consequently, we designed a method to separate stars pertaining to an open cluster from the field stars, based on the photometric differences between these populations. Tested on two well studied clusters and on a simulated cluster, the method showed consistent results, independently of the physicalproperties of the target or of the properties of its surrounding field. Theseresults pointed to a convergent parameter region, common to all targets studied. Its efficiency, however, depends on the selection of a field sample that is representative of the field population in the cluster region, according to the color-magnitude diagram stellar distribution.To contribute for a better understanding of the evolution of open clusters,we selected for our study two targets in very distinct evolutionary states.NGC1981 is a young open cluster that, despite still showing dust and gas remaining from its formation stage and having various massive stars, already shows signs of disruption. On the contrary, ESO442SC04 presents only a small stellar overdensity over the field and does not show any hint in its stellar population that allows it to be readily distinguished from the field. Investigation of NGC1981 with the photometric decontamination method revealed a large population of cluster pre-main sequence stars, detected for the first time. Solar metallicity isochrone fittings on color-magnitude diagrams built from optical and near-infrared data resulted an age t = 5 ± 1 Myr, distance d = 380±17 pc and reddening E(B-V ) = 0,07±0,03. Analysis of its structural parameters by fittings of King profiles revealed a compact (RC = 0,09 ± 0,04 pc) but of low density (0 = 2,4 ± 1,3 stars/arcmin2) core, presenting a limiting radius of Rlim = 1,21 ± 0,11 pc. The relaxation time, calculated from the stars kinematics, trelax = 0,42 Myr, shows that the cluster has had time to dynamically evolve, possibly leading to a core collapse and to the evaporation of stars. Indeed, the mass distribution of the cluster shows a depletion of low mass stars when compared to the Salpeters mass function. The derived total mass is small (M = 137 ± 14 M), and the kinetic and potential energies calculated for the stars inside the limiting radius indicate that the system is gravitationally unbound. In the detailed study of the stellar population of ESO442SC04, we combined photometric data (2MASS and SOI/SOAR), kinematic data (UCAC3) and spectroscopy of the target inner stars. Analysis of the stellar density profile confirms the presence of a small compact core, with an obvious stellar overdensity over the field. In the color-magnitude diagram, these stars distinguish themselves from an adjacent field mimicking the population of an old, poor populated cluster. We found, however, that the kinematics of the stars in the target surroundings do not reveal a co-moving population, when the fluctuations of the Galactic field proper motions are taken into account. Besides, the determined stellar parameters and the proper motions of its stars showed a large dispersion, particularly among the brighter stars. Finally, the distribution of the redder stars in the two-color diagram are different from that of the bluer stars, suggesting that they belong to distinct populations. We conclude that NGC1981 is a young open cluster about to disperse itself. The recent ejection of the gas remaining from its formation, allied to its small stellar population have generated a reduced gravitational potential, unable to hold its stellar population. We unveiled the physical nature of ESO442SC04 which, although similar to an open cluster remnant, has proved to be an asterism. We emphasize however that the analysis of this class of objects can be misleading when based solely on photometric or proper motion data.
Subject: Astrofísica
Estrelas Aglomerados
Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/MPDZ-8TXJCK
Issue Date: 27-Mar-2012
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