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An Optical Study of Young Stellar Clusters

Da Rio, Nicola

German Title: Eine Optische Studie von Jungen Sternhaufen

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Abstract

In the first part of this thesis a new analysis of the Orion Nebula Cluster, one of the most studied star-forming regions in the Galaxy, is presented. Based on multi-band optical photometry and spectroscopy obtained with the Wide-Field Imager (WFI) at the ESO/MPI 2.2-m telescope at La Silla Observatory, I study the systematic effects that bias the derivation of stellar parameters of pre-main sequence (PMS) stars. I derive the new H-R diagram of the entire region, and assign masses and ages to all the members. The age is found to be ∼ 2 − 3 Myr, older than previously estimated. I also confirm the presence of an age spread, and show how the previously found mass-age correlation can be affected by the sample incompleteness and uncertainties in the evolutionary models. In the second part of this thesis, I carry out a research on the low-mass stellar population of the young stellar cluster LH 95 in the Large Magellanic Cloud, based on deep optical photometry with the Advanced Camera for Surveys (ACS) onboard the Hubble Space Telescope; the deepest ever obtained toward this galaxy, down to V ≃ 28 mag. I isolate the PMS cluster population, and derive the first extragalactic Initial Mass Function (IMF) down to the subsolar regime. It shows a flattening below 1 M⊙, in agreement with the Galactic IMF once results are corrected for unresolved binarity. I study the age distribution of LH 95, introducing a statistical method to derive average age and age-spreads accounting simultaneously for unresolved binarity, differential extinction, variability, accretion and crowding of PMS stars. The best-fit solution for LH 95 suggests an age of ∼ 4 Myr with a gaussian age spread of σ ∼ 1.2 Myr. Finally, I study the early-type highmass stellar population of the cluster, through ground based spectroscopy obtained with the Fiber-fed Extended Range Optical Spectrograph (FEROS) at the ESO/MPI 2.2-m telescope at La Silla Observatory, and photometry from the 1-m telescope at Siding Spring Observatory. The derived stellar masses are combined with my results on the low-mass IMF of the cluster for the study of the most complete extragalactic IMF ever performed.

Translation of abstract (German)

Im ersten Teil dieser Dissertation wird eine neue Analyse des Orion Nebula Cluster, eine der am meisten studierten Sternentstehungregionen der Galaxis, pr¨asentiert. Basierend auf optischer Photometrie und Spektroskopie in verschiedenen B¨andern, aufgenommen mit dem Wide-Field Imager (WFI) am ESO/MPI 2.2-m Teleskop des La Silla Observatoriums, untersuche ich die systematischen Effekte, die die Ableitung stellarer Parameter von Vorhauptreihensternen (PMS) beeinflussen. Ich leite ein neues H-R Diagram der gesamten Region her und ordne allen Mitgliedern Masse und Alter zu. Das Alter wurde auf ∼> 2 − 3 Myr bestimmt, ¨alter als zuvor angenommen. Ich best¨atige die Existenz einer Altersstreuung und zeige, wie die vorherige Masse-Alter-Korrelation durch Unvollst¨andigkeit des Samples und Unsicherheiten in den Entwicklungsmodellen beeinflusst werden kann. Im zweiten Teil der Dissertation f¨uhre ich eine Untersuchung der massearmen Sternenpopulation des jungen Sternhaufen LH 95 in der Großen Magellanschen Wolke durch. Diese basiert auf tiefer optischer Photometrie mit der Advanced Camera for Surveys (ACS) an Bord des Hubble Space Telescope, die tiefste bisher erreichte innerhalb der Großen Magellanschen Wolk, mit Helligkeiten bis zu V ≃ 28 mag. Ich isoliere die PMSPopulation des Sternhaufens und leite die erste extragalaktische Anfangsmassenverteilung (IMF) ab, die bis in den subsolaren Bereich reicht. Diese zeigt eine Abflachung unterhalb von 1 M⊙, in ¨Ubereinstimmung mit der galaktischen IMF sobald die Ergebnisse f¨ur nicht aufgel¨oste Mehrk¨orpersysteme korrigiert wurden. Ich untersuche die Altersverteilung von LH 95 und f¨uhre dabei eine statistische Methode ein, um Durchschnittsalter und Altersstreuungen abzuleiten, die simultan nicht aufgel¨oste Mehrk¨orpersysteme, differentielle Extinktion, Variabilit¨at, sowie Akkretion und Crowding der PMS-Sterne einbezieht. Die am besten passende L¨osung f¨ur LH 95 l¨aßt auf ein Alter von ∼ 4 Myr schliessen mit einen Gauß‘schen Altersstreuung von σ ∼ 1.2 Myr. Abschließend untersuche ich die massereiche Sternpopulation des Sternhaufen mit Hilfe von erdgebundener Spectroskopie, die mit dem Fiber-fed Extended Range Optical Spectrograph (FEROS) am ESO/MPI 2.2-m Teleskops des La Silla Observatoriums aufgenommen wurde, sowie Photometrie des 1-m Teleskops des Siding Spring Observatoriums. Die abgeleiteten Massen der Sterne sind, kombiniert mit den Ergebnissen der Untersuchung der IMF der massearmen Sterne des Sternhaufens, die kompletteste Untersuchung einer extragalaktischen IMF, die bisher durchgef¨uhrt wurde.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 13 December 2010
Date Deposited: 17 Dec 2010 11:26
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Protostern, Offener Sternhaufen, Sternhaufen, Sternentwicklung
Uncontrolled Keywords: Grosse Magellansche Wolke , OrionLarge Magellanic Cloud , Orion
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