HST and ground-based analysis of multiple stellar populations in globular clusters

Negli ultimi decenni, prove spettroscopiche e fotometriche hanno dimostrato che gli ammassi globulari ospitano popolazioni stellari multiple caratterizzate da abbondanze chimiche differenti. Lo scopo della mia tesi e` dare un contributo nell'analisi delle popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari della nostra Galassia, usando osservazioni acquisite sia con telescopi da terra che con l'Hubble Space Telescope. La prima parte della tesi e` una panoramica sul tema delle popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari galattici, dalle prime scoperte fotometriche e spettroscopiche alle varie teorie sviluppate per descrivere la formazione ed l'evoluzione delle differenti generazioni stellari in un ammasso. In seguito, viene data una descrizione del mio lavoro sulle popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari NGC 6121, NGC 6397 e NGC 6752. Usando le osservazioni da terra effettuate con FORS2@VLT delle regioni esterne di questi tre ammassi globulari, abbiamo identificato popolazioni stellari multiple nella sequenza principale di NGC 6121 e NGC 6752. Questo lavoro e` stato possible grazie a fotometria di alta precisione e combinazioni appropriate di colori e magnitudini. Abbiamo mostrato la distribuzione radiale delle due popolazioni stellari ospitate da ciascuno ammasso globulare, combinando il nostro risultato per le regioni esterne con la frazione di stelle di prima e seconda generazione misurate nelle regioni centrali con i dati dell'Hubble Space Telescope. Per entrambi gli ammassi NGC 6121 e NGC 6752, abbiamo trovato che la distribuzione radiale dei rapporti fra il numero di stelle nella sequenza principale blu e in quella rossa e` abbastanza piatta entro ~17 arcmin dal centro di ogni ammasso. Simulazioni idrodinamiche e a N-corpi riguardanti la formazione ed evoluzione delle popolazioni stellari multiple, predicono che le stelle di seconda generazione si formano nelle regioni interne dell'ammasso e sono inizialmente piu` concentrate rispetto alla prima generazione. La successiva evoluzione dinamica a lungo termine, guidata dal rilassamento a due corpi, cancella gradualmente le differenze iniziali tra le distribuzioni spaziali della prima e seconda generazione; questa e` la ragione per cui, in sistemi caratterizzati da tempi di rilassamento lunghi (per esempio omega Cen), le stelle di seconda generazione sono concentrate nelle regioni interne e conservano la memoria della segregazione spaziale iniziale predetta. I tempi di rilassamento degli ammassi globulari NGC 6121 e NGC 6752 sono abbastanza corti (meno di 1 Gyr), e percio` le due popolazioni ospitate da ogni ammasso sono oggi ben mescolate, come dimostrato dalla loro distribuzione spaziale piatta. In questo lavoro, diamo anche una stima di quanto la seconda generazione e` arricchita in elio rispetto alla prima generazione, trovando una leggera differenza (Delta Y ~0.02) tra le due sequenze per entrambi gli ammassi. Io sono uno dei Co-I del programma Treasury dell'Hubble Space Telescope "UV Legacy Survey of Galactic Globular Clusters: Shedding Light on Their Populations and Formation'' (GO-13297, PI: G. Piotto). La seconda parte della tesi e` basata su questo progetto. Lo scopo del programma Treasury GO-13297 dell'Hubble Space Telescope e` la caratterizzazione e analisi di popolazioni stellari multiple in un campione contenente 56 ammassi globulari, usando filtri UV/blu e ottici. Sfruttando i dati del programma Treasury dell'Hubble Space Telescope, abbiamo analizzato le popolazioni stellari multiple dell'ammasso globulare, caratterizzato da alta metallicita`, NGC 6352. La combinazione di osservazioni UV/blu e ottiche ha reso possibile individuare e seguire le due popolazioni stellari lungo tutte le sequenze evolutive dei diagrammi colore-magnitudine. Abbiamo stimato l'arricchimento in elio della seconda generazione, trovando Delta Y~0.03. Inoltre, abbiamo sviluppato una tecnica innovativa per porre un limite superiore sull'eta` relativa tra le due generazioni stellari, considerando attentamente l'impatto sull'eta` relativa di tutte le possibili sorgenti di incertezza nei parametri dell'ammasso, come l'errore su Delta Y o le variazioni di metallicita` e alpha-enhancement. Considerando tutte queste incertezze insieme, abbiamo trovato che le popolazioni stellari si NGC 6352 sono coeve entro ~300 Myr. Questo risultato sara` utile per vincolare i modelli teorici di formazione ed evoluzione di popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari. Infine, nell'ultima parte della tesi, riassumo i risultati presentati in questo lavoro e presento una lista di lavori che vorrei realizzare in futuro.