Context: Thanks to modern understanding of stellar evolution, we can accurately measure the age of Open Clusters (OCs). Given their position, they are ideal tracers of the Galactic disc. Gaia data release 2, besides providing precise parallaxes, led to the detection of many new clusters, opening a new era for the study of the Galactic disc. However, detailed information on the chemical abundance for OCs is necessary to accurately date them and to efficiently use them to probe the evolution of the disc. Aim: Mapping and exploring the Milky Way structure is the main aim of the Stellar Population Astrophysics (SPA) project. Part of this work involves the use of OCs and the derivation of their precise and accurate chemical composition. We analyze here a sample of OCs located within about 2 kpc from the Sun, with ages from about 50 Myr to a few Gyr. Method: We used HARPS-N at the Telescopio Nazionale Gaileo and collected very high-resolution spectra (R = 115\,000) of 40 red giant/red clump stars in 18 OCs (16 never or scarcely studied plus two comparison clusters). We measured their radial velocities and derived the stellar parameters ($T_{\textrm{eff}}$, log g, v$_{micro}$, and [Fe/H]) based on equivalent width measurement combined with 1D - LTE atmospherical model. Moreover, the abundance of $\alpha$-elements O, Mg, Si, Ca, Ti, and the light elements Na and Al, all determined by the equivalent width method. We also measured Li abundance through the synthesis method. Result: We discussed the relationship between metallicity and Galactocentric distance, adding literature data to our results to enlarge the sample and taking also age into account. We discussed the behaviors of lithium, sodium and aluminum in the context of stellar evolution. For Na and Al, we compare our findings with models to investigate their behaviour as a function of mass, suggesting that Na mixing to the surface during the giant phase might start in masses as low as 2\,M$_{\bigodot}$. We study the radial, vertical, and age trends for the measured abundance ratios in a sample combining our results and recent literature for Open Clusters, finding significant (positive) gradients only for [Mg/Fe] and [Ca/Fe] in all cases. Finally, we compare Fe, O and Mg in the combined sample with chemo-dynamical models, finding a good agreement for intermediate-age and old clusters. There is a sharp increase in the abundance ratios measured among very young clusters (age $<$ 300 Myr ), accompanied by a poorer fit with the models for O and Mg. Several possible explanations are explored, including uncertainties in the derived metallicity. We confirm the difficulties in determining parameters for young stars (age $<$ 200 Myr), due to a combination of intrinsic factors (activity, fast rotation, magnetic fields, etc) which atmospheric models can not easily reproduce and which affect the parameters and chemical measurement uncertainty.
Grazie alla conoscenza dell'evoluzione stellare e alle isocrone di ultima generazione, l'et\'a degli ammassi aperti (AA) pu'\o essere misurata con accuratezza, in particolare se se ne conosce la composizione chimica. La possibilit\'a di accurata datazione unita alla loro distribuzione spaziale, rendono gli OC traccianti ideali del disco galattico: essi infatti si trovano sia nella zona centrale che in quella esterna del disco, vicino al piano galattico. Gaia, con la {\it data release 2}, oltre a fornire parallassi precisi, ha portato al rilevamento di molti nuovi ammassi, aprendo una nuova era per lo studio del disco galattico. In seguito a questo, varie campagne osservative, anche all'interno di grandi progetti che usano spettrografi multi-fibra di ultima generazione, si sono concentrate (o si concentreranno) sullo studio della composizione degli AA. Tuttavia, i dati ottenuti con questi strumenti non consentono una completa caratterizzazione chimica delle stelle degli AA, limitandone l'utilizzo nel sondare l'evoluzione chemo-dinamica del disco. Questo progetto si inserisce nel progetto {\it Stellar Population Astrophysics (SPA) with TNG}, il cui obbiettivo \'e mappare ed esplorare la chimica del disco della Via Lattea Parte di questo lavoro prevede l'uso di AA e la derivazione della loro composizione chimica precisa e accurata. In questo lavoro presentiamo l'analisi di un campione di AA situati entro circa 2 kpc dal Sole, con et\'a da circa 50 Myr a pochi Gyr. Abbiamo utilizzato HARPS-N al Telescopio Nazionale Gaileo e raccolto spettri ad altissima risoluzione (R = 115\,000) di 40 stelle giganti rosse del {\it Red Clump} in 18 AA (di cui 16 mai o poco studiati, e due di riferimento). Ne abbiamo misurato le loro velocità radiali e derivato i parametri stellari ($T_{\textrm{eff}}$, log g, v$_{micro}$, e [Fe/H]) utilizzando un approccio 1D - LTE basata sull'analisi delle larghezza equivalente delle righe. Abbiamo inoltre misurato l'abbondanza degli elementi $\alpha$, O, Mg, Si, Ca, Ti e degli elementi a cattura protonica Na e Al, tutti determinati con il metodo della larghezza equivalente. Abbiamo anche misurato l'abbondanza di Li attraverso il metodo di sintesi. Abbiamo discusso la relazione tra metallicit\'a e distanza galattocentrica, aggiungendo i dati della letteratura ai nostri risultati per ampliare il campione e tenendo conto anche dell'et\'a. I risultati ottenuti per Litio, Sodio e Alluminio sono stati discussi nel contesto dell'evoluzione stellare. In particolare, per Na e Al abbiamo confrontato i nostri risultati con i modelli per studiare il loro comportamento in funzione della massa, suggerendo che l'aumento evolutivo di Na nell'atmosfera stellare di giganti potrebbe iniziare addirittura partire da 2\,M$_{\bigodot}$. Abbiamo poi studiato i {\it trends} delle abbondanze radiali, verticali e per et\'a. trovando gradienti significativi (positivi) solo per [Mg/Fe] e [Ca/Fe]. Infine, i valori di Fe, O e Mg nel campione combinato sono stati confrontati con l'ultima generazione di modelli chemo-dinamici, trovando un buon accordo per i cluster di età intermedia e vecchi. Per gli ammassi pi\'u giovani, troviamo un forte aumento della dispersione delle composizioni chimiche misurate, accompagnato da un {\it fit} assai pi\'u scadente con i modelli per Fe, O e Mg. Sono state esplorate diverse possibili spiegazioni, comprese le incertezze nella metallicit\'a derivata, confermando la difficolt\'a nella determinazione dei parametri per le stelle giovani (età $<$ 200 Myr), probabilmente a causa di una combinazione di fattori intrinseci (attività, rotazione veloce, campi magnetici, ecc.) che i modelli atmosferici non possono riprodurre facilmente e che influenzano i parametri e incertezza di misura chimica.
Open Clusters in the TNG Stellar Population Astrophysics large program.
ZHANG, RUYUAN
2022
Abstract
Context: Thanks to modern understanding of stellar evolution, we can accurately measure the age of Open Clusters (OCs). Given their position, they are ideal tracers of the Galactic disc. Gaia data release 2, besides providing precise parallaxes, led to the detection of many new clusters, opening a new era for the study of the Galactic disc. However, detailed information on the chemical abundance for OCs is necessary to accurately date them and to efficiently use them to probe the evolution of the disc. Aim: Mapping and exploring the Milky Way structure is the main aim of the Stellar Population Astrophysics (SPA) project. Part of this work involves the use of OCs and the derivation of their precise and accurate chemical composition. We analyze here a sample of OCs located within about 2 kpc from the Sun, with ages from about 50 Myr to a few Gyr. Method: We used HARPS-N at the Telescopio Nazionale Gaileo and collected very high-resolution spectra (R = 115\,000) of 40 red giant/red clump stars in 18 OCs (16 never or scarcely studied plus two comparison clusters). We measured their radial velocities and derived the stellar parameters ($T_{\textrm{eff}}$, log g, v$_{micro}$, and [Fe/H]) based on equivalent width measurement combined with 1D - LTE atmospherical model. Moreover, the abundance of $\alpha$-elements O, Mg, Si, Ca, Ti, and the light elements Na and Al, all determined by the equivalent width method. We also measured Li abundance through the synthesis method. Result: We discussed the relationship between metallicity and Galactocentric distance, adding literature data to our results to enlarge the sample and taking also age into account. We discussed the behaviors of lithium, sodium and aluminum in the context of stellar evolution. For Na and Al, we compare our findings with models to investigate their behaviour as a function of mass, suggesting that Na mixing to the surface during the giant phase might start in masses as low as 2\,M$_{\bigodot}$. We study the radial, vertical, and age trends for the measured abundance ratios in a sample combining our results and recent literature for Open Clusters, finding significant (positive) gradients only for [Mg/Fe] and [Ca/Fe] in all cases. Finally, we compare Fe, O and Mg in the combined sample with chemo-dynamical models, finding a good agreement for intermediate-age and old clusters. There is a sharp increase in the abundance ratios measured among very young clusters (age $<$ 300 Myr ), accompanied by a poorer fit with the models for O and Mg. Several possible explanations are explored, including uncertainties in the derived metallicity. We confirm the difficulties in determining parameters for young stars (age $<$ 200 Myr), due to a combination of intrinsic factors (activity, fast rotation, magnetic fields, etc) which atmospheric models can not easily reproduce and which affect the parameters and chemical measurement uncertainty.File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14242/176617
URN:NBN:IT:UNIPD-176617