Calibrating the thermally-pulsing asymptotic giant branch phase through resolved stellar populations in nearby galaxies

La maggior parte dei processi fisici che controllano l'evoluzione delle stelle di ramo asintotico nella fase dei pulsi termici (TP-AGB) non sono ancora stati pienamente compresi e devono essere modellati con descrizioni parametriche. Le incertezze dei modelli hanno un impatto sull'interpretazione delle proprietà spettrofotometriche delle galassie fino ad alto redshift. Nel contesto del progetto ERC - STARKEY, lo scopo di questa Tesi è di vincolare i parametri incerti, ovvero il terzo dredge-up e la perdita di massa nei modelli stellari AGB. A tal fine, ho effettuato dettagliate simulazioni di popolazioni stellari della Piccola Nube di Magellano basate su robuste misure della storia di formazione stellare spazialmente risolta, derivata dalla fotometria infrarossa della survey VISTA delle Nubi di Magellano. Ho confrontato i risultati dei cataloghi sintetici con accurate osservazioni delle popolazioni stellari risolte nelle bande infrarosse di 2MASS e Spitzer. Un'estesa griglia di tracce evolutive TP-AGB è stata calcolata con diverse prescrizioni di perdita di massa e terzo dredge-up. Imponendo ai modelli di riprodurre i conteggi stellari e le funzioni di luminosità osservate delle stelle AGB e delle sottoclassi di AGB ricche di ossigeno, ricche di carbonio e delle stelle più arrossate, ho posto vincoli quantitativi sull'efficienza del terzo dredge-up e della perdita di massa. Le funzioni di luminosità osservate in tutti i filtri infrarossi disponibili sono riprodotte con successo da due set di modelli: il primo ha una perdita di massa con efficienza relativamente alta per le stelle ricche di ossigeno e il secondo ha un'efficienza di perdita di massa inferiore e una ridotta efficienza del terzo dredge-up per le stelle TP-AGB più massicce, ovvero con massa iniziale maggiore di circa tre masse solari. Sulla base di quest'ultimo set di modelli ho presentato una completa caratterizzazione della popolazione AGB della Piccola Nube di Magellano in termini di parametri stellari, inclusi i tassi di perdita di massa previsti, i valori di massa iniziale e rapporto carbonio ossigeno. Ho utilizzato i modelli TP-AGB calibrati nella Piccola Nube di Magellano per simulare le variabili a lungo periodo nella Grande Nube di Magellano osservate da Gaia. Il notevole accordo tra modelli e osservazioni ha permesso di guidare l'interpretazione di un nuovo diagramma osservativo capace di distinguere fotometricamente gli stadi evolutivi, le masse iniziali e il tipo chimico di queste stelle. Nel contesto della collaborazione scientifica Large Synoptic Survey Telescope (LSST), ho prodotto cataloghi contenenti la fotometria sintetica delle Nubi di Magellano nei filtri di Gaia e LSST. Questi cataloghi, assieme alle simulazioni della Galassia, saranno rese disponibili alla comunità scientifica tramite NOAO Data Lab per aiutare a definire la strategia osservativa dei programmi "mini-survey" di LSST. Inoltre, ho simulato alcuni campioni di stelle AGB in galassie locali e ho trovato un buon accordo tra dati e modelli. Tuttavia, per poter considerare questi oggetti nella calibrazione dei modelli TP-AGB è necessario migliorare le simulazioni per tenere conto degli effetti del crowding e delle diverse regioni utilizzate per la derivazione della storia di formazione stellare e l'identificazione delle stelle AGB. I prodotti di questo lavoro, ovvero isocrone stellari calibrate e periodi di pulsazione delle variabili a lungo periodo, saranno resi pubblicamente disponibili per interpretare dati osservativi già disponibili e dati che verranno rilasciati dai futuri telescopi. I modelli TP-AGB calibrati potranno essere inclusi in modelli di sintesi di popolazione utilizzati per analizzare la luce integrata di galassie nell'Universo extragalattico.