Archéologie galactique du disque de la Voie Lactée avec la mission spatiale Gaia

Autor: Santos-Peral, Pablo
Přispěvatelé: Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire de la Côte d'Azur (OCA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Côte d'Azur, Alejandra Recio-Blanco
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Galactic Astrophysics [astro-ph.GA]. Université Côte d'Azur, 2021. English. ⟨NNT : 2021COAZ4001⟩
Popis: Galactic archaeology aims at unveiling the history of the Milky Way by analysing different stellar properties: chemical abundances, kinematics, dynamics and ages. In particular, the abundance of α-elements (e.g. O, Mg, Si, S, Ca, Ti) with respect to iron ([α/Fe]) is an important fossil signature to trace the chemical evolution of the Galactic disc’s populations, i.e. the thin and the thick disc. The goal of this thesis is to explore the main issues concerning the determination of high-precision abundances from observed spectral data and, by using the high-quality astrometric data provided by the Gaia space mission, analyse the chemodynamical properties of the Galactic disc (e.g. radial abundance gradients, role of stellar migration, age-abundance relations) in order to infer the formation and evolution of the Milky Way.The implemented algorithm was the automated abundance estimation procedure GAUGUIN, which is integrated into the RVS (Radial Velocity Spectrometer) DPAC analysis pipeline of the Gaia mission. We first applied our method to derive [Mg/Fe] abundances for 2210 solar neighbourhood stars observed by the HARPS ESO spectrograph (high spectral resolution: R ∼ 115000), and parametrised by the AMBRE Project (effective temperature, surface gravity, overall metallicity [M/H], [α/Fe] abundance, and radial velocity). We found that the definition of continuum to normalise the observed spectra is responsible for the largest fraction of the uncertainty in the abundance estimate for the metal-rich stellar spectra. We show a methodology that significantly improve the abundance estimate precision, and allows to observe a decreasing trend in the [Mg/Fe] abundance even at supersolar metallicites ([M/H] > 0), partly solving the apparent discrepancies between the observed flat trend in the literature, and the steeper slope predicted by Galactic chemical evolution models.We used these new [Mg/Fe] abundance measurements to interpret the Galactic disc formation and evolution. To this purpose, we estimated ages and orbital properties for 366 main sequence turn-off (MSTO) stars, using PARSEC isochrones, together with astrometric and photometric values from Gaia DR2. We observe a steeper [Mg/Fe] gradient, compared to literature values, which is a direct result of the improvement of the abundance estimates in the metal-rich regime. Moreover, we find a significant spread of stellar ages at any given [Mg/Fe] value, and observe a clear correlated dispersion of the [Mg/Fe] abundance with the metallicity at a given age. While for [M/H] ≤ -0.2, a clear age-metallicity and age-[Mg/Fe] trends are observed, more metal-rich stars display ages from 3 up to 12 Gyr, describing an almost flat trend in the [M/H]-age and [Mg/Fe]-age relations. In addition, we found a significant fraction of radial migrated stars in the Galactic disc, for a wide range of stellar ages. Finally, we observe the appearance of a second chemical sequence at the outer disc, 10-12 Gyr ago. These stars are more metal-poor with respect to the coexisting stellar population in the inner parts of the disc, and show lower [Mg/Fe] abundances than prior disc stars of the same metallicity, leading to a chemical discontinuity. Our data favour the rapid formation of an early disc that settled in the inner regions, followed by the accretion of metal-poor gas, probably related to a major accretion event from a gas-rich satellite merger, that may have triggered the formation of the thin disc population.; L’Archéologie Galactique a pour objectif de révéler l’histoire de la Voie Lactée grâce à l’analyse de différentes propriétés stellaires: des abondances chimiques, de la cinématique, de la dynamique et de l’âge. En particulier, l’abondance d’éléments α (e.g. O, Mg, Si, S, Ca, Ti) par rapport au fer ([α/Fe]) est une importante signature fossile pour tracer l’évolution chimique des populations du disque Galactique, i.e. les disques épais et mince. Le but de cette thèse est d’explorer les différentes contraintes relatives à la determination précise d’abondances à partir des spectres stellaires observés et, en utilisant les donnés astrométriques de grand précision de la mission spatiale Gaia, analyser les propriétés chimique-dynamique du disque Galactique (e.g. gradients radiaux de abondance, rôle de la migration stellaire, relations âge-abondance) pour inférer la formation et évolution de la Voie Lactée.L’algorithm employé a été la procédure automatique d’estimation d’abondances GAUGUIN, qui fait partie d’analyse du RVS (Spectromètre de Vitesse Radiale) de la mission Gaia. En premier lieu, nous avons determiné les abondances de [Mg/Fe] pour 2210 étoiles observés dans le voisinage solaire par le spectrograph HARPS ESO (haute résolution spectrale: R ∼ 115000), et paramétrées par le Projet AMBRE (température effective, gravité de surface, métallicité globale [M/H], abondance [α/Fe], et vitesse radiale). Il a été trouvé que la définition de continuum pour normaliser les spectres observés est responsable de la majeure fraction d’incertitude dans l’estimation d’abondances pour les spectres d’étoiles riches en métaux. On montre une méthode qui améliore notablement la précision, et que nous permet d’observer une tendance décroissante de la abondance de [Mg/Fe] même à metallicités supérieures à la solaire ([M/H] > 0), à résoudre partiellement les divergences entre le plateau observé dans la literature, et la majeure pente prédite par les modèles d’évolution chimique de la Galaxie. Nous avons utilisé ces nouvelles mesures de [Mg/Fe] pour interpréter la fomation et l’évolution du disque Galactique. À cet effet, nous avons estimé des âges précises et des paramètres orbitaux pour 366 étoiles de la ‘main sequence turn-off’ (MSTO), en utilisant des isochrones PARSEC, ainsi que des données astrometriques et photométriques de Gaia DR2. Nous constatons un gradient plus escarpé de [Mg/Fe], par rapport aux valeurs de la literature, qui est un résultat direct de la amélioration des estimations d’abondances pour les étoiles riches en métaux. De plus, une dispersion significative des âges stellaires a été trouvé pour chaque valeur de [Mg/Fe], et aussi une claire corrélation de la dispersion d’abondances de [Mg/Fe] avec la métallicité pour un âge fixe. Tandis que pour [M/H] ≤ -0.2, une claire tendance âge-métellicité et âge-[Mg/Fe] est observée, des étoiles plus riches montrent des âges entre 3 jusqu’à 12 Gyr, en décrivant une tendance plate dans les relations [M/H]-age et [Mg/Fe]-age. De plus, nous trouvons une fraction significative d’étoiles ayant migré radialement dans le disque galactique, dont la distribution d’ages est très dispersée.Enfin, les résultats ont montré l’apparition d’une deuxième séquence chimique dans le disque extérieur, il y a 10-12 Gyr. Ces étoiles sont moins riches en métaux que la population stellaire coexistante dans les parts intérieures du disque, et montrent des valeurs inférieurs de [Mg/Fe] que les étoiles plus anciennes avec la même métallicité, en produisant une discontinuité chimique. Au vu de ces résultats, ils privilégient une formation rapide d’un disque primitif qui s’est développée dans les régions internes, suivie d’une accrétion de gaz pauvre en métaux, probablement lié à l’accrétion d’un satellite riche en gaz, qui a pu avoir déclenché la formation du disque mince.
Databáze: OpenAIRE
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