Análise fotométrica e espectroscópica de aglomerados abertos da galáxia

Abstract

Distributions of age, distance and chemical composition of stars in different Galactic environments are important to trace back the star formation history and the Galaxy formation event. As tracers of the thin disk, open clusters are the best example of the so-called simple stellar populations, meaning that all the stars in a cluster were formed at about the same time, have about the same metallicity and are at about the same heliocentric distance. Although the chemical abundance of individual stars through the Galactic disk can be reliably derived by high resolution spectroscopy, inhomogeneities in methodology among the various studies lead to a broad dispersion to these measurements. Including photometric uncertainties as well, the inhomogeneities contribute to the current discrepancies on critical observables such as the age-metallicity relation, the abundance gradient across the disk and the connection among the different stellar populations. The main goal of this work is to combine, for the first time, photometry and spectroscopy in a homogeneous determination of distance, age and chemical abundances (Fe, Na, Mg, Al, Si e Ca) for a large sample of Galactic open clusters. We intend to improve the constraints required for Galactic chemical evolution models, such as the age-metallicity relation, the abundance gradient across the disk and the connection among cluster and field stars. In the present work we collected more than 14,000 equivalent widths for more than 300 giant stars in 57 open clusters from 33 papers in the literature. The equivalent widths were measured in high resolution spectroscopy (R & 15;000) with high signal to noise (hS=Ni 100). Then we performed equivalent width analysis using Kurucz plane-parallel models with overshooting approximation and abundance calculation under the assumption of local thermodynamic equilibrium. Simultaneously, the cluster photometric parameters were determined by PARSEC isochrone fits to 2MASS photometric data. We derive ages, distances and chemical abundances of Fe, Na, Mg, Al, Si e Ca for 46 open clusters. For the very first time, we found a significant relation between sodium abundance and Galactocentric distance in open clusters. The analysis were performed in such a way that the measured abundances are directly comparable with 64 field giant stars measured in preview works. In contrast with preview works, we have not found any substantial disagreement among field giant stars and those within the open clusters. Our results establish observational constrains to Galactic chemical evolution models foretelling the photometric and spectroscopic homogeneous and systematic analysis paradigm for a large number of clusters, in synergy with the era of the big data and large astrophysical surveys.

A idade, distância e composição química de estrelas em diferentes ambientes Galácticos pode revelar o histórico de formação estelar e os detalhes dos processos físicos que deram origem `a nossa Galáxia. Nesse contexto, os aglomerados abertos, traçadores do disco fino Galáctico, são atualmente os melhores exemplos do que se denomina população estelar simples em Astrofísica, ou seja, todas as estrelas de um aglomerado aberto se formaram ao mesmo tempo, apresentando a mesma metalicidade e distância de um referencial na Terra. Embora a espectroscopia de alta resolução de estrelas individuais em aglomerados abertos seja capaz de mapear com grande precisão a distribuição de abundâncias químicas no disco Galáctico, a inomogeneidade metodológica entre diferentes estudos introduz grande dispersão nas medidas, o que, somado aos problemas fotométricos, contribui para as disparidades e discussões acerca da origem de relações fundamentais como a relação idade-metalicidade e o gradiente de abundâncias ao longo do disco, além do entendimento sobre a conexão química (se há alguma) entre estrelas individuais do campo e estrelas em aglomerados. O objetivo deste trabalho ´e usar, pela primeira vez, fotometria e especrtroscopia paralelamente para obter medidas homogêneas de idades, distâncias e composição química global (Fe, Na, Mg, Al, Si e Ca) de aglomerados abertos da Galáxia com o intuito de refinar os vínculos observacionais importantes aos modelos de evolução química da Galáxia, como gradientes de abundância, relação idade-metalicidade e conexão campo-aglomerado. Foram coletadas mais de 14 mil larguras equivalentes para mais de 300 estrelas gigantes em 57 aglomerados abertos da Galáxia, obtidas com espectroscopia de alta resolução (R > 15000) e alta razão sinal ruído (< S=N > 100). A partir desses dados, aplicou-se a análise de larguras equivalentes utilizando-se modelos Kurucz de atmosfera plano paralela com overshooting e cálculo de abundância em regime de equilíbrio termodinâmico local. Foram desenvolvidas ferramentas para automatizar o cálculo dos parâmetros atmosféricos e abundâncias químicas para as centenas de estrelas analisadas. Paralelamente, empregou-se fotometria 2MASS no ajuste de isócronas PARSEC para determinação dos parâmetros físicos fotométricos (distâncias e idades) dos aglomerados da amostra. Determinamos idades, distâncias e abundâncias químicas para os elementos Fe, Na, Mg, Al, Si e Ca em 46 aglomerados abertos da Galáxia. Pela primeira vez foi encontrada correlação significativa entre as abundâncias de sódio e a distância galactocêntrica. Nenhuma correlação do tipo idade-abundâncias foi encontrada. A análise foi realizada de forma a estar na mesma escala de abundâncias de 64 estrelas gigantes de campo na literatura. Em oposição a trabalhos anteriores, mostramos que não há diferenças significativas entre essas e as estrelas gigantes em aglomerados. Os nossos resultados impõe vínculos observacionais importantes aos modelos de evolução química da Galáxia e antecipam o paradigma de análise fotométrica e espectroscópica, de maneira homogênea e sistemática, para um grande número de objetos, em sinergia com a era dos grandes levantamentos de dados em Astrofísica.