Investigando múltiplas populações do aglomerado globular NGC 7089 com S-PLUS e SOAR

Abstract

Aglomerados globulares (GCs) são conjuntos de estrelas de formato aproximadamente esférico e idades de mais de 10 bilhões de anos. Até cerca de 20 anos atrás, pensava-se que eles constituíam uma população estelar simples. Entretanto, essa concepção vem sendo desafiada. Estudos espectroscópicos e fotométricos têm mostrado que a maioria dos GCs são formados por múltiplas populações estelares (MPs). As MPs são diferenciadas por suas abundâncias químicas em elementos leves (como C, N, O, Na, entre outros). Acredita-se que essas variações decorrem do enriquecimento do meio intra-aglomerado a partir dos ventos de estrelas de uma primeira população (1P). Atualmente, está em debate os mecanismos que possibilitariam esse enriquecimento, seja através de estrelas massivas, estrelas massivas em rotação, ou estrelas do ramo assintótico das gigantes (AGB). Entretanto, uma característica que esses cenários compartilham é a concentração de estrelas abundantes em elementos leves, identificadas como uma segunda população (2P), no centro do GC. Esse fato não é observado em todos os globulares, possivelmente pela evolução dinâmica do GC, que tenderia a misturar as estrelas. NGC 7089 é um aglomerado globular galáctico de metalicidade intermediária. Suas populações estelares vem sendo estudadas em mais profundidade, no mínimo, desde a década de 80 (Armandroff e Zinn, 1988). Não existe um consenso na literatura acerca da distribuição radial das MPs nesse GC. Enquanto alguns estudos encontraram uma 2P concentrada centralmente (Lardo et al., 2011; Hartmann et al., 2022), outros chegaram a resultados opostos (Vanderbeke et al., 2015; Hoogendam e Smolinski, 2021). Hartmann et al. (2022) utilizou dados fotométricos do S-PLUS, uma colaboração entre universidades latino-americanas que visa observar o céu do hemisfério sul através de 12 filtros, para estudar as MPs desse aglomerado. Eles constataram a presença de uma 2P mais concentrada centralmente. Em vista disso, realizamos um follow-up espectroscópico de algumas estrelas desse aglomerado estudadas por Hartmann et al. (2022). Observamos 12 estrelas do ramo das gigantes vermelhas (RGB) utilizando o espectroscópio Goodman, do Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR). A partir desses dados, analisamos a eficácia da fotometria realizada por Hartmann et al. (2022), buscando separar as diferentes populações estelares a partir de diferentes índices espectrais e exploramos a possibilidade de diferenciar as populações estelares de aglomerados através da razão de seus fluxos. Observamos que os filtros do S-PLUS se mostram eficientes na separação de MPs, principalmente quando a análise se faz aliada dos filtros estreitos F0378 e F0395.

Globular clusters (GCs) are groups of stars with a roughly spherical shape and ages of more than 10 billion years. Until about 20 years ago, they were thought to be a simple stellar population. However, this idea has been challenged. Spectroscopic and photometric studies have shown that most GCs are made up of multiple stellar populations (MPs). MPs are differentiated by their chemical abundances in light elements (such as C, N, O, Na, among others). It is believed that these variations result from the enrichment of the intracluster medium from the winds of stars from a first population (1P). The mechanisms that would make this enrichment possible are currently being discussed, whether through massive rotating stars or stars from the asymptotic giant branch (AGB). However, one characteristic that these scenarios share is the concentration of stars abundant in light elements, identified as a second population (2P), in the center of the GC. This fact is not observed in all globular clusters, possibly due to the dynamic evolution of the cluster, which would tend to mix the stars. However, simulations indicate that it would still be possible to identify traces of radial variation in clusters, which would contribute to the study of different MP formation scenarios. The stellar populations of the galactic globular cluster NGC 7089 have been studied in depth since the 1980s (Armandroff e Zinn, 1988). There is no consensus in the literature about the radial distribution of MPs in this GC. While some studies have found a centrally concentrated 2P (Lardo et al., 2011; Hartmann et al., 2022), others have reached opposite results (Vanderbeke et al., 2015; Hoogendam e Smolinski, 2021). Hartmann et al. (2022) used photometric data from S-PLUS, a collaboration between Latin American universities that aims to observe the southern hemisphere sky through 12 filters, to study the MPs in this globular cluster. They found the presence of a more centrally concentrated 2P. Hence, we carried out a spectroscopic follow-up of some of the stars in this cluster studied by Hartmann et al. (2022). We observed 12 stars from the red giant branch (RGB) using the Goodman spectroscope of the Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR). Based on this data, we analyzed the effectiveness of the photometry performed by Hartmann et al. (2022), seeking to separate the different MPs from different spectral indices and explored the possibility of differentiating the stellar populations of globular clusters through the ratio of their fluxes. We observed that the S-PLUS filters are efficient in separating PMs, especially when the analysis is combined with the narrow filters F0378 and F0395.