Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Elementos Leves

Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Elementos Leves

Universidade de S˜ao Paulo Instituto de Astronomia, Geof´ısica e Ciˆencias Atmosf´ericas Departamento de Astronomia Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Elementos Leves: Tra¸cadores da Mistura Convectiva e da Forma¸c˜ao da Gal´axia. Tese de Doutorado S˜ao Paulo - Novembro de 2008 Elementos Leves: Tra¸cadores da Mistura Convectiva e da Forma¸c˜ao da Gal´axia. Rodolfo Henrique Silva Smiljanic Tese apresentada ao Departamento de Astro- nomia do Instituto de Astronomia, Geof´ısica e Ciˆencias Atmosf´ericas da Universidade de S˜ao Paulo como parte dos requisitos para a obten¸c˜ao do t´ıtulo de Doutor em Ciˆencias. Sub-´area de Concentra¸c˜ao: Astrof´ısica Orientadora: Profa. Dra. Beatriz Barbuy S˜ao Paulo - Novembro de 2008 i Ao vencedor as Batatas! Quincas Borba (Em ”Quincas Borba”de Machado de Assis) ii iii AGRADECIMENTOS Meus agradecimentos v˜ao a todos que contribuiram para que esta tese se tornasse realidade, alguns mesmo sem saber. Agrade¸co: `aminha fam´ılia, por todo o suporte, amor e confian¸ca, a todos os meus amigos, estejam no Rio, em S˜ao Paulo, em Goiˆania, em Munique ou sabe-se l´aonde nesse mund˜ao sem porteira, por sua valiosa amizade, `aminha orientadora, Dra. Beatriz Barbuy, pela orienta¸c˜ao, 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¸c˜ao durante a estadia no ESO, ao Dr. Pierre North por disponibilizar os dados FEROS e EMMI usados nesta tese, `aDra. Francesca Primas por ceder a lista de linhas usada no c´alculo das abundˆancias de Be e pela ajuda na an´alise dos espectros, `aFAPESP pela imprescind´ıvel bolsa de doutorado (04/13667-4), `aCAPES pela bolsa PDEE de doutorado sandu´ıche (1521/06-3), a todos os colaboradores, pelas diversas discuss˜oes e trocas de e-mails que ajudaram a expandir o meu entendimento da ciˆencia que fazemos, ao ESO e seu pessoal por todo o suporte e pela agrad´avel estadia, ao IAG e em especial ao Departamento de Astronomia por suas instala¸c˜oes e pessoal durante todos estes anos. iv v RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de um amplo estudo observacional da abundˆancia de elementos leves (Z ≤ 8) em estrelas de tipo tardio. As caracter´ısticas destes elementos permitem, entre outras aplica¸c˜oes, o estudo dos processos de forma¸c˜ao da Gal´axia e dos processos de mistura convectiva relacionados `af´ısica da estrutura e da evolu¸c˜ao estelar. As abundˆancias destes elementos foram determinadas a partir de espectros de alta resolu¸c˜ao e alto sinal ru´ıdo em uma an´alise usando modelos de atmosferas e s´ıntese espectral. Abundˆancias de Be e Li foram determinadas em estrelas an˜as do halo e do disco espesso da Gal´axia com o objetivo de investigar o uso do Be como cosmocronˆometro e como diferenciador de popula¸c˜oes estelares. Esta ´ea maior amostra de estrelas pobres em metais onde o Be j´afoi estudado. Usando o Be como escala de tempo, encontrou-se que as estrelas do halo local n˜ao formam uma popula¸c˜ao homogˆenea onde uma ´unica rela¸c˜ao idade metalicidade possa ser definida. Parte das estrelas tem cinem´atica peculiar indicando uma poss´ıvel origem em um evento de acres¸c˜ao de um sistema externo `aGal´axia. Para as estrelas do disco espesso, encontrou-se evidˆencia de que a taxa de forma¸c˜ao estelar nas regi˜oes internas do disco foi maior do que nas regi˜oes externas. A concentra¸c˜ao de estrelas com baixa abundˆancia de Be nas regi˜oes internas sugere uma forma¸c˜ao de dentro para fora do disco espesso. Os resultados mostram que o Be pode ser usado como cronˆometro por ser independente dos detalhes locais da forma¸c˜ao estelar. Abundˆancias de Be foram determinadas em estrelas an˜as, sub-gigantes e gigantes do aglomerado aberto IC 4651. Esta ´ea primeira vez que a- bundˆancias de Be s˜ao determinadas ao longo da sequˆencia evolutiva de um aglomerado. Os resultados indicam que estrelas com temperatura abaixo e acima do Li-dip n˜ao sofrem deple¸c˜ao de Be. J´aas estrelas do Li-dip al´em de depletadas em Li s˜ao deficientes em Be. Os resultados est˜ao em acordo com o esperado por modelos que incluem efeitos da mistura induzida por rota¸c˜ao. As estrelas mais evolu´ıdas da parte superior do turn-off e do ramo vi das sub-gigantes mostram uma dispers˜ao da abundˆancia de Be, que est´a depletada antes do esperado pela primeira dragagem. Novamente, encontra- se um acordo com o esperado por modelos incluindo a mistura induzida por rota¸c˜ao. Abundˆancias de C, N, O, Na e a raz˜ao 12C/13C foram determinadas de ma- neira homogˆenea para 31 estrelas gigantes de 10 outros aglomerados abertos. Um grupo de estrelas do RGB com massa menor que 2.4 M⊙ tˆem raz˜ao [N/C] menor que estrelas mais evolu´ıdas no mesmo intervalo de massa. Este resul- tado sugere uma diferen¸ca real entre as abundˆancias de gigantes vermelhas e gigantes do clump ou do in´ıcio do AGB, em desacordo com modelos padr˜ao mas em acordo com modelos incluindo efeitos da convec¸c˜ao thermohaline. A abundˆancia de oxigˆenio das estrelas mostra uma correla¸c˜ao com [N/C] e uma diminui¸c˜ao acentuada em fun¸c˜ao da massa. Estas observa¸c˜ao sugerem uma mistura mais eficiente do que a esperada pelos modelos. A abundˆancia m´edia de Na da amostra ´esolar, o que n˜ao confirma resultados de sobre-abundˆancia 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 intermedi´aria com baixa raz˜ao 12C/13C foram identificadas. Tal resultado jamais foi adequadamente encontrado e discutido anteriormente. Como es- tas estrelas n˜ao passam pelo “bump”, o evento extra de mistura respons´avel pela baixa raz˜ao 12C/13C deve acontecer durante ou ap´os a fase de queima de He. Palavras-chave: Aglomerados abertos; Estrelas: abundˆancias; Estrelas: atmosferas; Estrelas: interiores; Estrelas: evolu¸c˜ao; Estrelas: tipo tardio; Gal´axia: disco espesso; Gal´axia: halo vii ABSTRACT This work presents the results of a large observational abundance analy- sis of light elements (Z ≤ 8) in late type stars. The characteristics of these elements allow, among other possibilities, the investigation of the Galaxy for- mation 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 ther- mohaline 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 abun- dance 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 stan- dard models.

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