La evolución química del disco de la Galaxia a partir de los cúmulos estelares

Abstract

[spa] En esta tesis, estudiamos la evolución química del disco galáctico utilizando cúmulos abiertos como trazadores. Los cúmulos, formados por estrellas nacidas durante el mismo proceso de formación estelar, se mantienen ligados gravitatoriamente. Tienen la ventaja de que podemos medir con precisión su distancia y edad, propiedades difíciles de determinar en estrellas de campo. El estudio se enmarca en el proyecto "Open Clusters Chemical Abundance from Spanish Observatories" (OCCASO), dedicado a medir abundancias elementales precisas. Adquirimos espectros de alta resolución R > 60 000 cubriendo un amplio rango de longitudes de onda, 400 a 900\,nm mediante los instrumentos FIES, HERMES y CAFE en los telescopios NOT, Mercator y CAHA2.2, respectivamente. Hasta la 2023 se han realizado 38 campañas de observación, llevadas a cabo 21 de ellas en el transcurso de esta tesis. Esto ha supuesto aumentar la cantidad de cúmulos observados de 18 a 71. La muestra abarca un amplio rango de edades (100 Ma - 7.25 Ga) y radio galactocéntrico (6.4 - 11.7 kpc). Adicionalmente, se estudiaron dos cúmulos en las regiones externas del disco galáctico utilizando el espectrógrafo MEGARA en GTC. Obtenemos velocidades radiales precisas mediante correlación cruzada con espectros sintéticos de 49 cúmulos (47 pertenecientes a OCCASO y dos observados con MEGARA). La combinación de estas velocidades con la astrometría de Gaia nos permite determinar la cinemática y las órbitas de los cúmulos, encontrando que son compatibles con la cinemática del disco galáctico delgado. El análisis de parámetros atmosféricos y abundancias químicas se efectúa empleando dos métodos: síntesis espectral mediante iSpec y anchura equivalente mediante DAOSPEC y GALA. Determinamos abundancias químicas 25 elementos logrando precisiones en torno a 0.05 dex. Las desviaciones estándar de las abundancias de los cúmulos se encuentran en este mismo rango, denotando homogeneidad química. Combinamos la muestra OCCASO con APOGEE, GALAH y GES, estudios de alta resolución (R > 20 000) si han observado al menos cuatro estrellas en el apelotonamiento rojo de un cúmulo. Estudiamos tanto con OCCASO como con la muestra combinada, las dependencias entre abundancia, posición y edad. Los elementos [Mg/Fe] y [Si/Fe] muestran una dependencia positiva con la edad, teniendo algunos cúmulos jóvenes valores inesperadamente altos. Los elementos de pico del Fe muestran dependencias positivas y negativas. La dependencia entre [X/Fe] y edad de los elementos de captura neutrónica depende su proporción de producción mediante proceso s. El gradiente radial [Fe/H] se aplana a partir de 11.3 ± 0.8 kpc. La pendiente de este gradiente depende de la edad, y en los cúmulos jóvenes (<1 Ga) no encontramos que se produzca el aplanamiento. Esto sugiere que el evento que lo produjo, ocurrió hace más de 1\,Ga y apoya la hipótesis de que el aplanamiento se formó por migración radial hacia el exterior. Los gradientes radiales [X/Fe] de los demás elementos muestran dependencias diferentes. Los elementos α y el [Zn/Fe] muestran gradientes positivos, mientras que los demás elementos de pico del Fe tienen gradientes planos. Los elementos de captura neutrónica muestran comportamientos en general positivos. Obtenemos una cota superior a la dependencia de estos gradientes con la edad, estando muy por debajo de la dependencia que encontramos en el [Fe/H]. El resultado es compatible con que no haya dependencia. Estudiamos el gradiente azimutal, encontrando indicios de una dependencia positiva para cúmulos con edades entre 2 y 7.3 Ga. En el análisis de cúmulos en el disco externo con MEGARA, encontramos valores de [Fe/H] inferiores a lo esperado para su radio galactocéntrico, lo que sugiere que puedan no estar afectados por el aplanamiento del gradiente. Sin embargo, debemos cerciorarnos de que sus valores no se deben a diferencias sistemáticas con OCCASO.

[eng] In this thesis, we study the chemical evolution of the Galactic disc using open clusters as tracers. The stars in a cluster are born from the same molecular cloud, and we can measure their distances and ages precisely. The study is part of the OCCASO project, which focuses on the precise measurement of elemental abundances. High-resolution spectra (R > 60,000) were acquired over a wide wavelength range (400 to 900 nm) using the FIES, HERMES and CAFE instruments on the NOT, Mercator and CAHA2.2 telescopes, respectively. Up to 2023, 38 observing runs have been carried out, 21 of them in the course of this thesis. This has increased the number of observed clusters from 18 to 71. The sample has ages between 100 Ma and 7.25 Ga) and Galactocentric radial distances from 6.4 to 11.7 kpc. In addition, two clusters in the outer regions of the Galactic disc were studied using the MEGARA spectrograph on GTC. Detailed analysis of atmospheric parameters and chemical abundances was performed by spectral synthesis and equivalent width. The chemical abundances of 25 elements were determined with high precision. We studied the dependencies between abundance, position and age. We find positive dependencies between abundance and age in some α-elements. In the elements produced by neutron capture, we find that their trends with age are dependent on their percentage of production by s-process. We find the flattening of the [Fe/H] radial gradient only for clusters with ages older than 1Ga, suggesting that the flattening formation event occurred earlier. We also find that this gradient changes with age, being steeper for older ages. The [X/Fe] radial gradients of the other elements are compatible with no age dependence. The azimuthal gradient analysis shows hints of a positive dependence for clusters with ages between 2 and 7.3 Ga. In the study of external clusters with MEGARA, unexpectedly low [Fe/H] values were identified, given their location on the disc. This suggests that they may not be affected by the flattening of the gradient, although further evaluation is required to confirm this.