The velocity dispersion profile of the globular cluster 47Tucanae

Gli ammassi globulari rappresentano i laboratori ideali nei quali studiare la dinamica di sistemi ad N-corpi ed i suoi effetti sull’evoluzione stellare. Infatti, gli ammassi globulari sono gli unici sistemi astrofisici che, entro il tempo scala dell’età dell’Universo, sperimentano quasi tutti i processi di dinamica stellare noti. Questo lavoro di tesi si inserisce in un progetto a lungo termine volto a fornire una dettagliata caratterizzazione delle proprietà dinamiche degli ammassi globulari galattici. In questa ricerca, strumenti di fondamentale importanza sono il profilo di dispersione di velocità del sistema e la sua curva di rotazione. Per determinare le componenti radiali di questi profili cinematici in ammassi globulari galattici è necessario misurare la velocità lungo la linea di vista di un ampio campione di stelle membre, a differenti distanze dal centro. Seguendo un approccio multi-strumentale, è possibile campionare l’intera estensione radiale dell’ammasso utilizzando spettrografi multi-oggetto ad alta risoluzione spettrale nelle regioni intermedie/esterne, e spettrografi IFU con ottiche adattive per le regioni centrali (pochi secondi d’arco dal centro). Questo lavoro di tesi è volto a determinare il profilo di dispersione di velocità dell’ammasso globulare 47 Tucanae, campionando un’estensione radiale compresa tra circa 20'' e 13' dal centro. Per questo scopo sono state misurate le velocità radiali di circa un migliaio di stelle nella direzione di 47 Tucanae, utilizzando spettri ad alta risoluzione ottenuti con lo spettrografo multi-oggetto FLAMES montato al Very Large Telescope dell’ESO. Le velocità radiali sono state misurate utilizzando la tecnica di cross-correlazione tra gli spettri osservati e appropriati spettri teorici, e sono state ottenute accuratezze inferiori a 0.5km/s. Il campione così ottenuto (complementare a quello raccolto con strumenti IFU nelle regioni centrali) è fondamentale per costruire il profilo di dispersione di velocità dell’ammasso e la sua eventuale curva di rotazione. Questi dati, combinati col profilo di densità dell’ammasso precedentemente determinato, permetteranno di vincolare opportunamente modelli teorici come quelli di King (1966) o di Wilson (1975), e di arrivare così alla prima solida determinazione dei parametri strutturali e dinamici (raggi di core e di metà massa, tempo di rilassamento, parametro collisionale, etc.) e della massa totale e distribuzione di massa del sistema.

La cinematica nel core dell'ammasso globulare NGC 6441 da osservazioni SINFONI

In questo elaborato viene presentata l'analisi cinematica delle regioni centrali di NGC 6441, uno degli ammassi globulari più massivi (M ~10^6 Msol) della nostra Galassia. L'ammasso è stato selezionato, insieme ad altri 18, all'interno dell'ESO Large Program “Unveiling the kinematics in the core of high-density globular clusters with SINFONI" (PI: Ferraro) per cercare evidenze di buchi neri di massa intermedia (IMBH), la cui esistenza è ancora controversa. Poichè la misura della dispersione di velocità da spettri integrati può essere affetta dalla contaminazione di poche stelle brillanti, in questo lavoro si sono misurate le velocità radiali (RV) di stelle individuali, utilizzando lo spettrografo IFU SINFONI dell'ESO, dotato di un sistema di ottiche adattive. Sono state misurate le RV di 709 stelle giganti nei primi 17" dal centro, da cui è stato estratto un sotto-campione di alta qualità di circa 200 stelle. Queste misure sono state poi combinate con un campione di RV nelle regioni più esterne dell'ammasso, ottenute con gli spettrografi multi-oggetto KMOS e FLAMES dell'ESO. Tali dati sono stati utilizzati per il calcolo del profilo di dispersione di velocità e per la ricerca di rotazione lungo l'intera estensione radiale nell'ammasso. I risultati ottenuti sembrano escludere sia l'esistenza di un IMBH, che la presenza di forte rotazione interna. Inoltre hanno evidenziato una significativa decrescita della dispersione di velocita` nelle regioni centrali (parzialmente confermata anche da misure di moti propri ottenute con HST), che potrebbe suggerire la presenza di anisotropia tangenziale nel centro del sistema. Un simile comportamento (sebbene di minore entita`) e’ stato evidenziato in altri ammassi, suggerendo che potrebbe trattarsi di una caratteristica comune in questi sistemi stellari.

Investigating stellar mixing processes through the study of the Red-Giant Branch bump

Extra mixing at the borders of convective zones in stellar interiors takes on an important role in the chemical evolution of stars and galaxies through the transport of chemical elements towards the stellar surface: knowing the overshooting mechanism can therefore lead to a better understanding of the observed chemical abundances in stellar photospheres. The comprehension of this phenomenon is quite uncertain and currently object of many studies. In particular, concerning low mass stars, in the past decades several works highlighted a discrepancy between the observed luminosity of the Red-Giant Branch bump and its prediction from simulations, which can be fixed including overshooting at the base of the convective envelope. This work, studying the Red-Giant Branch bump and using it as a diagnostic for extra mixing processes, tries to classify two different types of overshooting, instantaneous and diffusive, using both simulations from stellar models and Globular Clusters’ data. The aim is to understand which one of the two mixing processes is the most suitable in reproducing the observed stellar behaviour and, in case both of them provide reliable results, what are the conditions under which they produce the same effects on the Red-Giant Branch bump luminosity function and are consequently indistinguishable. Finally, possible dependences of overshooting efficiency on stellar parameters, such as chemical composition, are analysed.

Stellar mass loss from the Fornax dwarf spheroidal galaxy

Dwarf galaxies often experience gravitational interactions from more massive companions. These interactions can deform galaxies, turn star formation on or off, or give rise to mass loss phenomena. In this thesis work we propose to study, through N-body simulations, the stellar mass loss suffered by the dwarf spheroid galaxy (dSph) Fornax orbiting in the Milky Way gravitational potential. Which is a key phenomenon to explain the mass budget problem: the Fornax globular clusters together have a stellar mass comparable to that of Fornax itself. If we look at the stellar populations which they are made of and we apply the scenarios of stellar population formation we find that, originally, they must have been >= 5 times more massive. For this reason, they must have lost or ejected stars through dynamic interactions. However, as presented in Larsen et al (2012), field stars alone are not sufficient to explain this scenario. We may assume that some of those stars fell into Fornax, and later were stripped by Milky Way. In order to study this solution we built several illustrative single component simulations, with a tabulated density model using the P07ecc orbit studied from Battaglia et al (2015). To divide the single component into stellar and dark matter components we have defined a posterior the probability function P(E), where E is the initial energy distribution of the particles. By associating each particle with a fraction of stellar mass and dark matter. In this way we built stellar density profiles without repeating simulations. We applied the method to Fornax using the profile density tables obtained in Pascale et al (2018) as observational constraints and to build the model. The results confirm the results previously obtained with less flexible models by Battaglia et al (2015). They show a stellar mass loss < 4% within 1.6 kpc and negligible within 3 kpc, too small to solve the mass budget problem.