The lithium-age relationcalibration with open clusters and associations

Resumen

El litio es un elemento muy frágil que se destruye fácilmente en los interiores estelares. La abundancia superficial de litio disminuye lentamente con el tiempo en estrellas de tipo solar y estrellas poco masivas. Es por esta razón que el litio puede usarse para estudiar la evolución estelar, y es particularmente relevante a la hora de determinar la edad de cúmulos estelares. Las abundancias de litio (derivadas de la línea de Li en 6707.76 Å) observadas para estrellas de tipo tardío dependen fuertemente de la edad, pero también muestran un patrón complejo que depende de diferentes parámetros, desde la rotación, a la actividad cromosférica, la metalicidad, los mecanismos de mezcla, la estructura convectiva o la actividad magnética. La mejor forma de poder calibrar estos efectos es analizando en detalle conjuntos de estrellas de la misma edad, como los cúmulos abiertos y las asociaciones estelares. Este proyecto se ha desarrollado haciendo uso de los datos proporcionados por Gaia-ESO (GES), una gran exploración espectroscópica pública que proporciona una visión homogénea de la distribución de la cinemática y la estructura dinámica y química de la Galaxia. GES ha tomado datos de una gran cantidad de estrellas y de casi 100 cúmulos estelares, desde 2011 hasta 2018. Esta exploración usa el espectrógrafo multi-objeto FLAMES del Very Large Telescope (ESO, Chile) para obtener tanto espectros de alta resolución con UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph), como de resolución media con el espectrógrafo GIRAFFE. Como parte del nodo de GES de la UCM, en la primera etapa de este proyecto de tesis estuve realizando un extenso trabajo de medida de las anchuras equivalentes (la línea de Li I en 6707.76 Å y la línea adyacente de Fe I en 6707.43 Å) de los espectros de UVES, con vistas a la homogeneización del entonces cuarto lanzamiento de GES (iDR4). Para todo el análisis del proyecto, sin embargo, hemos actualizado todos los resultados haciendo uso del último lanzamiento de GES, iDR6, además de los datos proporcionados por Gaia EDR3. Esta tesis, titulada La relación litio-edad: Calibración con cúmulos abiertos y asociaciones, se enmarca dentro de un estudio a gran escala que hace uso de una serie de 42 cúmulos abiertos y asociaciones observados por GES, en un rango de edades desde 1 Myr a 5 Gyr, con el objetivo de estudiar el litio como indicador de edad para estrellas de tipos tardíos FGK en la pre-secuencia principal y secuencia principal, y de esta forma llegar a una calibración empírica de la relación Li-edad. Comenzamos el estudio realizando un detallado análisis de pertenencia para obtener listas de estrellas candidatas para cada uno de los 42 cúmulos de la muestra, utilizando todos los parámetros disponibles, y basándonos en los siguientes criterios: En primer lugar, se lleva a cabo un estudio cinemático de las distribuciones de velocidades radiales, y se combina con el análisis de los movimientos propios y las paralajes proporcionadas por Gaia. Se utilizan indicadores de gravedad como log g y el índice γ para descartar contaminantes gigantes de campo, y de esta forma obtenemos, como resultado paralelo, un número de gigantes ricas en Li que listamos por su interés. Reforzamos las selecciones astrométricas utilizando la fotometría de Gaia en diagramas color−magnitud, y usamos también la metalicidad [Fe/H] para descartar contaminantes que pudieran quedar en la selección. Con todo esto, terminamos estudiando las candidatas en diagramas de EW(Li) frente a Teff, y por fin obtenemos listas finales de candidatas. Todos estos análisis de pertenencia se han complementado con una minuciosa búsqueda bibliográfica de los cúmulos de la muestra, recopilando todos los datos previos sobre abundancias de Li, estimaciones de edades, velocidades y metalicidades, y estudios previos de pertenencia. Obtenidas las selecciones de candidatas para todos los cúmulos de la muestra, a continuación hemos llevado a cabo un estudio comparativo para poder cuantificar las dispersiones de Li observadas en cada cúmulo, y analizar su dependencia con diferentes parámetros derivados de las observaciones espectroscópicas de GES: rotación, indicadores de acreción, actividad cromosférica (Hα) y metalicidad. Para el estudio de la rotación usamos tanto las velocidades de rotación proporcionadas por GES (vsini), como una serie de períodos obtenidos de la literatura, incluyendo datos de CoRoT, Kepler, K2 y TESS. Con la ayuda de diferentes tipos de gráficas y figuras, hemos estudiado y confirmado varias correlaciones y comportamientos descritos en la literatura: Observamos, por ejemplo, que candidatas con más litio tienden a ser más rápidas rotadoras y usualmente también presentan niveles más altos de actividad. Por último, hemos observado también cómo la metalicidad puede influir en el nivel de disminución de Li para cúmulos de las mismas edades según sean más o menos metálicos. Con toda esta información y teniendo todos estos efectos en cuenta, pasamos a la última parte del proyecto, la de calibrar una relación Li-edad. Para ello hemos creado una serie de envolventes empíricas de litio para edades claves de cúmulos de nuestra muestra, desde unos pocos Myr a varios Gyr. Para obtener envolventes de la manera más completa posible, hemos delimitado también la zona de la LDB (el límite de disminución de litio) para los cúmulos con edades de 15-500 Myr, con ayuda de varios modelos. Una aplicación de estas envolventes a la hora de usar el litio como indicador de edad es poder representar estrellas de edad desconocida en diagramas de EW(Li) frente a Teff y usarlas como guía para estimar sus edades. Como trabajo futuro, tenemos como objetivo principal utilizar esta relación Li-edad y las envolventes que hemos obtenido para poder estimar las edades de estrellas de campo observadas por GES cuya edad es aún desconocida, y así también confirmar su pertenencia a diferentes grupos cinemáticos estelares de diferentes edades. Otro punto de interés adicional es el estudio de las gigantes ricas en litio observadas en el campo de estos cúmulos durante el análisis de pertenencia, dada la naturaleza excepcional de estas estrellas y su utilidad a la hora de entender el comportamiento del litio estelar.