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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2024.tde-03072024-155158
Document
Auteur
Nom complet
Stefano Oliveira de Souza
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2024
Directeur
Jury
Barbuy, Beatriz Leonor Silveira (Président)
Friaca, Amancio Cesar Santos
Leite, Cristina Chiappini Moraes
Moreno, Jorge Luis Melendez
Santiago, Basilio Xavier
Santos Junior, João Francisco Coelho dos
Titre en portugais
Análise crono-químiodinâmica de aglomerados globulares: Procurando por fósseis da formação da barra/bojo Galático
Mots-clés en portugais
Diagramas cor-magnitudes
Estrelas: Cinemática de dinâmica
Galáxia: aglomerados globulares
Galáxia: barra
Galáxia: formação e evolução e bojo
Resumé en portugais
Esta tese busca explorar de forma multifacetada os aglomerados globulares Gal\'acticos (GCs) para desvendar suas implica\c c\~oes na forma\c c\~ao e evolu\c c\~ao do bojo e da barra da Via L\'actea. A fase inicial do estudo envolve uma an\'alise meticulosa dos GCs Palomar 6 (Pal~6) e NGC~6355, localizados na regi\~ao interna da Gal\'axia fortemente afetadas pela extin\c c\~ao. Realizamos a an\'alise cronoqu\'imio-din\^amica por meio de uma abordagem abrangente que combina informa\c c\~oes qu\'imicas usando espectros FLAMES-UVES e APOGEE DR17, determina\c c\~ao de idade por meio de fotometria \emph e an\'alise orbital gra\c cas \`a astrometria \emph. Notavelmente, Pal~6 e NGC~6355 foram identificados como pertencentes ao ramo \emph da rela\c c\~ao idade-metalicidade (AMR) dos GCs da Via L\'actea. Pal6 foi inequivocamente confirmado como um aglomerado \emph com uma idade de $12,4\pm1,0$ Gyr e metalicidade de [Fe/H]$ = -1,10\pm0,09$. Por outro lado, o NGC 6355, com idade de $13,2\pm0,9$ Gyr e metalicidade de [Fe/H]$ = -1,39\pm0,08$, apresenta caracter\'isticas mais parecidas a de um aglomerado ex-situ, manifestadas por seu movimento retr\'ogrado e composi\c c\~ao qu\'imica distinta. A investiga\c c\~ao se estende a uma cole\c c\~ao mais ampla de GCs com caracter\'isticas semelhantes \`as de Pal~6 e NGC~6355, com o objetivo de revelar seus pap\'eis na evolu\c c\~ao Gal\'actica. Nossa descoberta destaca a import\^ancia dos GCs in-situ, caracterizados por composi\c c\~oes moderadamente pobres em metais (MMP, [Fe/H]$< -1,0$) e idades que variam de $12,0$ a $13,4$ Gyr. Al\'em disso, seus valores enriquecidos de [$\alpha$/Fe] fornecem informa\c c\~oes sobre os est\'agios iniciais do bojo. Din\^amicamente, os GCs \emph do bojo exibem movimento pr\'ogrado e baixa energia total, indicando que est\~ao fortemente ligados ao potencial da Gal\'axia. Al\'em disso, a pesquisa investiga o hist\'orico de forma\c c\~ao dos primeiros aglomerados do bojo usando a AMR dos GCs MMP do bojo, rastreando suas origens at\'e $13,69\pm0,12$ Gyr atr\'as. Al\'em disso, o valor da taxa de enriquecimento qu\'imico encontrado \'e dez vezes maior do que o que melhor se ajusta ao ramo ex-situ, corroborando as previs\~oes do r\'apido enriquecimento qu\'imico experimentado pelo bojo durante seus est\'agios iniciais. Um aspecto fundamental da pesquisa envolve a explora\c c\~ao da intera\c c\~ao entre os GCs e a barra Gal\'actica. Ao identificar uma estrela rica em N-Al presa dentro da barra, recuperamos seu prov\'avel GC original sendo o GC Terzan 5. Estimamos que a estrela foi completamente capturada do Terzan 5 h\'a $315\pm12$ Myr pela barra, suavemente ap\'os v\'arias intera\c c\~oes. Essas descobertas lan\c cam luz sobre a influ\^encia m\'utua da barra na evapora\c c\~ao dos GCs e das estrelas ricas em N e Al vindas de GCs que comp\~oem a popula\c c\~ao de campo da barra Gal\'actica. Esse resultado \'e particularmente interessante porque \'e a evid\^encia observacional para o modelo te\'orico que melhor explica a evapora\c c\~ao de Terzan 5 para atingir sua massa atual. Em ess\^encia, esta tese representa um avan\c co significativo na arqueologia Gal\'actica, elucidando o papel fundamental dos GCs na forma\c c\~ao do bojo da Gal\'axia e da estrutura e evolu\c c\~ao qu\'imica da barra. Desde a decifra\c c\~ao das origens de aglomerados individuais at\'e o desvendamento de padr\~oes mais amplos de montagem Gal\'actica, a pesquisa oferece uma compreens\~ao abrangente da complexa intera\c c\~ao entre os GCs e a din\^amica evolutiva da nossa Gal\'axias.
Titre en anglais
A chrono-chemo-dynamical analysis of Globular Clusters: Looking for the fossils of the Galactic bulge/bar formation
Mots-clés en anglais
Colour-magnitude diagrams
Galaxy: bulge and bar
Galaxy: globular clusters
Galaxy:formation and evolution
Stars: abundances
Stars: dynamics
Resumé en anglais
This thesis delves into the multifaceted exploration of Galactic globular clusters (GCs) to unravel their implications for the formation and evolution of the Milky Way bulge and bar. The initial phase of the study involves a meticulous analysis of Palomar 6 (Pal~6) and NGC 6355, located within the inner parts of the Galaxy strongly affected by extinction. We performed the chrono-chemodynamical analysis through a comprehensive approach combining chemical information using FLAMES-UVES and APOGEE spectra, age determination via \emph photometry, and orbital analysis thanks to \emph astrometry. Notably, Pal~6 and NGC~6355 were identified as belonging to the in-situ branch of the age-metallicity relation (AMR) of Milky Way GCs. Pal6 was unequivocally confirmed as an in-situ cluster with a determined age of $12.4\pm1.0$ Gyr and a metallicity of [Fe/H]$ = -1.10\pm0.09$. Conversely, NGC 6355, with an age of $13.2\pm0.9$ Gyr and metallicity of [Fe/H]$ = -1.39\pm0.08$, exhibits characteristics indicative of an ex-situ cluster, manifested through its retrograde motion and distinct chemical composition. The investigation extends to a broader collection of GCs with similar characteristics as Pal~6 and NGC~6355, aiming to unveil their roles in Galactic evolution. Our results highlight the significance of in-situ GCs, characterized by moderately metal-poor compositions (MMP, [Fe/H]$< -1.0$) and ages spanning from $12.0$ to $13.4$ Gyr. Also, their [$\alpha$/Fe] enhanced values provide insights into the early stages of the bulge. Dynamically, in-situ bulge GCs exhibit prograde motion and low total energy, indicating that they are strongly bound to the Galaxy potential. Furthermore, the research delves into the formation history of early bulge clusters using the AMR of the MMP bulge GCs, tracing their origins back to $13.69\pm0.12$ Gyr ago. Also, the effective yield obtained is ten times larger than the one fitted to the ex-situ branch, corroborating predictions of the rapid chemical enrichment experienced by the bulge during its early stages. A pivotal aspect of the investigation involves exploring the interplay between GCs and the Galactic bar. By identifying an N-Al-rich star trapped within the bar, we recovered its probable parent cluster as Terzan 5. We estimated that the star was completely captured $315\pm12$ Myr ago by the bar from Terzan 5 smoothly after several interactions. These findings shed light on the mutual influence of the bar on the evaporation of GCs and the N-Al-rich stars came from GCs that compose the field population of the Galactic bar. This result is particularly interesting because it is the observational evidence for the theoretical model that better explains the evaporation of Terzan 5 to reach its present mass. In essence, this thesis represents a significant advancement in Galactic archaeology, elucidating the pivotal role of GCs in shaping the Galaxy bulge and bar structure and chemical evolution. From deciphering the origins of individual clusters to unravelling wider patterns of Galactic assembly, the research offers a comprehensive understanding of the complex interplay between GCs and the evolving dynamics of our Galaxy.
 
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Date de Publication
2024-07-11
 
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