Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Elementos Leves

Universidade de São Paulo Instituto de Astronomia, Geof´ısica e Ciências Atmosféricas Departamento de Astronomia Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Elementos Leves: Tra¸cadores da Mistura Convectiva e da Forma¸cão da Galáxia. Tese de Doutorado São Paulo - Novembro de 2008 Elementos Leves: Tra¸cadores da Mistura Convectiva e da Forma¸cão da Galáxia. Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Tese apresentada ao Departamento de Astro- nomia do Instituto de Astronomia, Geof´ısica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo como parte dos requisitos para a obten¸cão do t´ıtulo de Doutor em Ciências. Sub-área de Concentra¸cão: Astrof´ısica Orientadora: Profa. Dra. Beatriz Barbuy São Paulo - Novembro de 2008 i Ao vencedor as Batatas! Quincas Borba (Em ”Quincas Borba”de Machado de Assis) ii iii AGRADECIMENTOS Meus agradecimentos vão a todos que contribuiram para que esta tese se tornasse realidade, alguns mesmo sem saber. Agrade¸co: àminha fam´ılia, por todo o suporte, amor e confian¸ca, a todos os meus amigos, estejam no Rio, em São Paulo, em Goiânia, em Munique ou sabe-se láonde nesse mundão sem porteira, por sua valiosa amizade, àminha orientadora, Dra. Beatriz Barbuy, pela orienta¸cão, pelos anos de acompanhamento e por todas as oportunidades que me ofereceu, ao Dr. Luca Pasquini pela oportunidade de trabalharmos juntos e pela co-orienta¸cão durante a estadia no ESO, ao Dr. Pierre North por disponibilizar os dados FEROS e EMMI usados nesta tese, àDra. Francesca Primas por ceder a lista de linhas usada no cálculo das abundâncias de Be e pela ajuda na análise dos espectros, àFAPESP pela imprescind´ıvel bolsa de doutorado (04/13667-4), àCAPES pela bolsa PDEE de doutorado sandu´ıche (1521/06-3), a todos os colaboradores, pelas diversas discussões e trocas de e-mails que ajudaram a expandir o meu entendimento da ciência que fazemos, ao ESO e seu pessoal por todo o suporte e pela agradável estadia, ao IAG e em especial ao Departamento de Astronomia por suas instala¸cões e pessoal durante todos estes anos. iv v RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de um amplo estudo observacional da abundância de elementos leves (Z ≤ 8) em estrelas de tipo tardio. As caracter´ısticas destes elementos permitem, entre outras aplica¸cões, o estudo dos processos de forma¸cão da Galáxia e dos processos de mistura convectiva relacionados àf´ısica da estrutura e da evolu¸cão estelar. As abundâncias destes elementos foram determinadas a partir de espectros de alta resolu¸cão e alto sinal ru´ıdo em uma análise usando modelos de atmosferas e s´ıntese espectral. Abundâncias de Be e Li foram determinadas em estrelas anãs do halo e do disco espesso da Galáxia com o objetivo de investigar o uso do Be como cosmocronômetro e como diferenciador de popula¸cões estelares. Esta éa maior amostra de estrelas pobres em metais onde o Be jáfoi estudado. Usando o Be como escala de tempo, encontrou-se que as estrelas do halo local não formam uma popula¸cão homogênea onde uma única rela¸cão idade metalicidade possa ser definida. Parte das estrelas tem cinemática peculiar indicando uma poss´ıvel origem em um evento de acres¸cão de um sistema externo àGaláxia. Para as estrelas do disco espesso, encontrou-se evidência de que a taxa de forma¸cão estelar nas regiões internas do disco foi maior do que nas regiões externas. A concentra¸cão de estrelas com baixa abundância de Be nas regiões internas sugere uma forma¸cão de dentro para fora do disco espesso. Os resultados mostram que o Be pode ser usado como cronômetro por ser independente dos detalhes locais da forma¸cão estelar. Abundâncias de Be foram determinadas em estrelas anãs, sub-gigantes e gigantes do aglomerado aberto IC 4651. Esta éa primeira vez que a- bundâncias de Be são determinadas ao longo da sequência evolutiva de um aglomerado. Os resultados indicam que estrelas com temperatura abaixo e acima do Li-dip não sofrem deple¸cão de Be. Jáas estrelas do Li-dip além de depletadas em Li são deficientes em Be. Os resultados estão em acordo com o esperado por modelos que incluem efeitos da mistura induzida por rota¸cão. As estrelas mais evolu´ıdas da parte superior do turn-off e do ramo vi das sub-gigantes mostram uma dispersão da abundância de Be, que está depletada antes do esperado pela primeira dragagem. Novamente, encontra- se um acordo com o esperado por modelos incluindo a mistura induzida por rota¸cão. Abundâncias de C, N, O, Na e a razão 12C/13C foram determinadas de ma- neira homogênea para 31 estrelas gigantes de 10 outros aglomerados abertos. Um grupo de estrelas do RGB com massa menor que 2.4 M⊙ têm razão [N/C] menor que estrelas mais evolu´ıdas no mesmo intervalo de massa. Este resultado sugere uma diferen¸ca real entre as abundâncias de gigantes vermelhas e gigantes do clump ou do in´ıcio do AGB, em desacordo com modelos padrão mas em acordo com modelos incluindo efeitos da conveçcão thermohaline. A abundância de oxigênio das estrelas mostra uma correla¸cão com [N/C] e uma diminui¸cão acentuada em fun¸cão da massa. Estas observa¸cão sugerem uma mistura mais eficiente do que a esperada pelos modelos. A abundância média de Na da amostra ésolar, o que não confirma resultados de sobre-abundância encontrados em outros trabalhos da literatura. Um poss´ıvel aumento da or- dem de 0.10 dex no intervalo de massa de 1.8 a 3.2 M⊙ foi encontrado, em acordo qualitativo com o esperado por modelos. Algumas estrelas de massa intermediária com baixa razão 12C/13C foram identificadas. Tal resultado jamais foi adequadamente encontrado e discutido anteriormente. Como estas estrelas não passam pelo “bump”, o evento extra de mistura responsável pela baixa razão 12C/13C deve acontecer durante ou após a fase de queima de He. Palavras-chave: Aglomerados abertos; Estrelas: abundâncias; Estrelas: atmosferas; Estrelas: interiores; Estrelas: evolu¸cão; Estrelas: tipo tardio; Galáxia: disco espesso; Galáxia: halo vii ABSTRACT This work presents the results of a large observational abundance analysis of light elements (Z ≤ 8) in late type stars. The characteristics of these elements allow, among other possibilities, the investigation of the Galaxy formation and the mixing processes related to the physics of the stellar structure and evolution. The abundances were derived using high resolution and high signal to noise spectra in a model atmosphere analysis with spectrum synthe- sis. Abundances of Be and Li were derived in halo and thick disk metal poor dwarfs with the aim of investigating the use of Be as cosmochronometer and as a discriminator of stellar populations. This is the largest sample of metal poor stars where Be abundances were determined. Using Be as a time scale, the halo was found to be a non-uniform population where a single age metallicity relation can not be defined. Part of the halo stars share peculiar kinematics pointing towards an origin in the accretion of a system external to the Galaxy. Evidence for a higher star formation rate in the inner parts of the thick disk was found. All stars with low Be arer in the inner regions suggesting an inside-out thick disk formation. These results show that Be can be used as a chronometer since it is independent of the local details of the star formation. Abundances of Be were determined in dwarf, sub-giants, and giant stars of the open cluster IC 4651. This is the first time Be abundances are derived for stars along the whole evolutionary sequence of an open cluster. The abundances show that stars with lower and higher temperature than the Li-dip do not deplete Be. On the other hand, the Li depleted stars of the Li-dip are also Be deficient. These results agree with the expected from models including the effects of rotation induced mixing. More evolved stars of the upper turn-off and of the sub-giant branch show a real dispersion of Be abundances, which are depleted before the onset of the first dredge-up. These results are again in agreement with the expected from models including rotation induced mixing. viii Abundances of C, N, O, Na and the 12C/13C ratio were homogeneously determined in a sample of 31 giants of another 10 open clusters. A group of stars with smaller masses than 2.4 M⊙ show a smaller [N/C] ratio than more evolved stars in the same mass range. This suggest a real difference between red giants and more evolved clump or early-AGB stars, in disagreement with standard models but in agreement with models including the effects of thermohaline convection. The stellar oxygen abundances show a correlation with [N/C] and a decrease as a function of mass. These observations suggest a more efficient mixing than expected by standard models. The mean Na abundance of the sample is solar, in disagreement with previous claims of sodium overabundances in giants of open clusters. A possible increase of 0.10 dex in the mass interval of 1.8 a 3.2 M⊙ is seen, in qualitative agreement with standard models.

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