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RR Lyrae stars as tracers of substructure and Galactic archaeology

Prudil, Zdenek

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Abstract

Die eingereichte Arbeit umfasst mehrere Themen, die sich mit der Nutzung von RR-Lyrae-Sternen in verschiedenen astrophysikalischen Anwendungen in Verbindung mit Galaktischer Archäologie be- fassen. Zudem werden Projekte diskutiert, die mit der Pulsation und den physikalischen Eigen- schaften von RR-Lyrae-Veränderlichen in Verbindung stehen. Als Beispiele sind die Unsicherheit der Masse von RR-Lyrae-Sternen und die Verzerrung von photometrischen Lichtkurven aufgrund von Schocks zu nennen.

In unserer ersten Studie nutzten wir mehrere Kategorien von veränderlichen Sternen (darunter RR-Lyrae-Veränderliche), um eine kleine Überdichte – genannt SMCNOD – nördlich der Kleinen Mag- ellanschen Wolke zu untersuchen. Mittels veränderlicher Sterne, die räumlich mit SMCNOD assoziiert sind, konnten wir diese Überdichte mit der Kleinen Magellanschen Wolke in Verbindung bringen.

Zwei nachfolgende Projekte legten einen Fokus auf die räumliche und kinematische Untersuchung des Galaktischen Bulges mittels RR-Lyrae-Sternen. In der Zentralregion der Milchstraße fanden wir zwei verschiedene Gruppen von RR-Lyrae-Sternen, die sich in ihren Pulsationseigenschaften unterscheiden. Wir assoziierten diese mit den Oosterhoff Gruppen, welche bereits zuvor in der Milchstraße zugehörigen Kugelsternhaufen gefunden wurden. Beide Populationen sind gleichmäßig im Galaktischen Bulge verteilt und keine der beiden kann aus räumlicher und kinematischer Sicht mit dem Galaktischen Balken in Verbindung gebracht werden.

Die RR-Lyrae-Sterne in der solaren Umgebung und deren Assoziierung mit der Galaktischen Scheibe wird im folgenden Projekt diskutiert. Wir fanden eine kleine Population von lokalen RR- Lyrae-Sternen (bis zu einer Entfernung von ≈ 3 kpc von der Sonne aus gesehen), die kinematisch und chemisch der Population von Sternen der dünnen Scheibe ähneln. Unsere Entdeckung fordert unser Verständnis der Entstehung der Galaktischen Scheibe heraus, da diese unter der Annahme, dass die RR-Lyrae-Sterne tatsächlich Mitglider der dünnen Galaktischen Scheibe sind, vor mehr als 10 Gyr stattfand.

Die letzten beiden Studien befassen sich mit den Eigenschaften von RR-Lyrae-Sternen als verän- derliche Objekte und erweitern unseren derzeitigen Erkenntnisstand bezüglich deren Pulsation und physikalischen Eigenschaften. Als erstes erweiterten wir die derzeitige Anzahl von Kandidaten für Doppelsternsysteme unter den RR-Lyrae-Sternen. Wir analysierten die Variation ihrer Ephimeriden und shätzten die physikalischen Eigenschaften des möglichen Begleiters ab. Des weiteren stellten wir zum ersten Mal eine umfangreiche photometrische Studie der atmosphärischen Schocks in RR- Lyrae-Sternen zur Verfügung. Wir verknüpfen die Ausprägung von Schocks in synchronisierten RR- Lyrae-Lichtkurven mit ihren Pulsationseigenschaften und diskutieren ihr trennscharfes Verhalten im Instabilitätsstreifen.

Translation of abstract (English)

The submitted thesis encompasses several topics linked to the usage of RR Lyrae stars in various astrophysical applications related mainly to Galactic archaeology. In addition, projects related to pulsation and physical properties of RR Lyrae variables are also discussed, e.g., uncertainty in the mass of RR Lyrae stars and distortion of photometric light curves due to the shocks.

In our first study, we employed several classes of variable stars (including RR Lyrae variables) to examined a small overdensity found north from the Small Magellanic Cloud – SMCNOD. Using variable stars spatially associated with the SMCNOD we linked this overdensity with the Small Mag- ellanic Cloud. We also speculated about its origin from the Small Magellanic Cloud, due to one of the interactions with the Large Magellanic Cloud.

Two subsequent projects focused on the spatial and kinematical study of the Galactic bulge using the RR Lyrae stars. In the central region of the Milky Way, we found two distinct groups of RR Lyrae stars that differ in their pulsation properties. We associated them with the Oosterhoff groups pre- viously found in the Milky Way’s globular clusters. Both populations are evenly distributed in the Galactic bulge and neither of them can be spatialy and kinematically associated with the Galactic bar.

The RR Lyrae stars in the solar neighbourhood and their association with the Galactic disc is discussed in the following project. We found a small population of the local RR Lyrae stars (up to ≈ 3 kpc distance from the Sun) that kinematically and chemically resembles the thin disc population of stars. Our finding challenges our understanding of the Galactic disc formation, which if these RR Lyrae stars are truly members of the Galactic thin disc, happened more than 10 Gyr ago.

The last two studies focus on the properties of RR Lyrae stars as variable objects and expand our current knowledge about their pulsation and physical properties. First, we expanded the current number of candidates for binary systems among RR Lyrae stars. We analyzed the variation in their ephemerides and estimated the physical parameters of a possible binary companion. Second, for the first time, we provided an extensive photometric study of the atmospheric shocks among RR Lyrae stars. We link the prominence of shocks in RR Lyrae phased light curves with their pulsation properties and discuss their selective behavior inside the Instability strip.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Grebel, Prof. Dr. Eva
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 27 April 2020
Date Deposited: 07 May 2020 05:23
Date: 2020
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: RR Lyrae stars, Milky Way, Galactic Archaelogy
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