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Tracing dust in old stellar populations
the mid-infrared spectrum of globular cluster AGB stars
Hannes Richter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Thomas Lebzelter
DOI
10.25365/thesis.13369
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29570.70821.942564-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In den ausgedehnten Atmosphären und kühlen stellaren Winden von Sternen am sog. Asymptotischen
Riesenast (engl. Asymptotic Giant Branch, AGB) bieten sich optimale Bedingungen
für die Entstehung von kosmischen Festkörpern. Diese Staubpartikel hinterlassen ihre Spuren
in den mittleren Infrarot (MIR) Spektren von alten stellaren Populationen. Die MIR-Spektren
der AGB-Sterne des Kugelsternhaufens NGC104 konnten beispielsweise für die Erklärung des
10 μm-Infrarot-Exzesses in alten Galaxien verwendet werden. Im Rahmen dieser Dissertation
soll der Einfluss der Metallizität auf das MIR-Spektrum von alten stellaren Populationen untersucht
werden.
Die Grundlage für die Erstellung von integrierten MIR-Spektren bildet eine Auswahl von AGB-Sternen
aus verschiedenen Kugelsternhaufen (Lebzelter et al. 2006 und Sloan et al. 2010). Diese
werden entsprechend ihrer Metallizität und ihres Alters in drei Gruppen zusammengefasst.
Dadurch beinhalten die jeweiligen Sternhaufen-Kombinationen eine größere Anzahl von mit
dem Weltraumteleskop Spitzer beobachten AGB-Stern-Spektren.
Für die Erstellung von Farben-Helligkeitsdiagrammen der drei Kugelsternhaufen-Kombinationen
werden die Sterne innerhalb des 90%-Massenradius der jeweiligen Sternhaufen verwendet.
Um Leuchtkraftfunktionen (LFs) zu erstellen, können die Sterne anhand ihrer K-Magnitude in
kleine Helligkeitsintervalle aufgeteilt werden. Diese auf 2MASS-Daten basierenden LFs werden
in weiterer Folge mit LFs verglichen, die mittels theoretischer Isochronen der Padova-Gruppe
(Bertelli et al. 2008, Marigo et al. 2008) berechnet werden.
Für die drei Kugelsternhaufen-Kombinationen werden mittels der 2MASS-Daten integrierte
MIR-Spektren erstellt. Dafür werden die einzelnen Spektren der beobachteten AGB-Sterne mit
der Sternanzahl aus den passenden LF-Intervallen gewichtet. Dies erfolgt unter der Annahme,
dass Sterne mit gleicher Position im Farben-Helligkeitsdiagramm gleiche oder ähnliche MIR-Spektren
aufweisen.
Die ausgezeichnete photometrische und spektroskopische Erfassung von NGC104 erlaubt die
Erforschung von unterschiedlichen Gewichtungsarten, wie beispielsweise diverser LFs oder verschiedener
Häufigkeiten von TP-AGB-Sternen im Helligkeitsminimum. In diesem Zusammenhang
ist es möglich, den flachen Staub-Exzess zu reproduzieren, wie er auch in Early-Type-
Galaxien gefunden werden kann. Für die beiden Kugelsternhaufen-Kombinationen mit höherer
Metallizität ist eine derartige Untersuchung aufgrund der geringen Anzahl an vorhandenen
MIR-Spektren nicht möglich.
Alle integrierten MIR-Spektren werden von Silikat-Staubbanden dominiert. Der Staub-Exzess
nimmt mit steigender Metallizität zu. Als Perspektive für unsere Forschung gilt es, für mehr
Beobachtungsmaterial von Sternen, die sich am AGB befinden, zu sorgen. Dies würde zum
besseren Verständnis von integrierten MIR-Spektren alter Sternpopulationen beitragen. Ein
erster Vergleich mit synthetischen Sternspektren zeigt eine weitere Zugangsmöglichkeit auf und
bildet einen Ausblick auf künftige Projekte.
Abstract
(Englisch)
Asymptotic Giant Branch (AGB) stars are considered to be the main stellar dust producers
in the universe. Their dusty circumstellar shells leave fingerprints in the mid-infrared (MIR)
spectra of AGB stars and in unresolved old stellar populations. Bressan et al. (2007) showed
that co-added MIR-spectra of AGB stars of known luminosity, metallicity and age (like those
found in the Galactic globular cluster NGC104) can be used to model the 10 μm dust excess
in early-type galaxies. This work aims to improve our understanding of the MIR-spectra of old
stellar populations with respect to their metallicities by studying a large sample of AGB stars
in Galactic globular clusters.
A sample of AGB stars (taken from Lebzelter et al. 2006 and Sloan et al. 2010) is used to produce
co-added MIR-spectra of globular cluster combinations for three metallicity groups. Each
group consists of several globular clusters with similar age and metallicity. Combining the clusters
leads to a higher number of AGB stars with available Spitzer spectra in each group. The
low metallicity group (Z=0.0038) consists of five globular clusters with 18 AGB star spectra,
the intermediate (Z=0.0058) and high (Z=0.01) metallicity groups both include three clusters
with eight and seven available MIR-spectra, respectively.
Stars within the 90% mass radius of each globular cluster are used to generate 2MASS Color-
Magnitude diagrams (CMDs) of each cluster combination. Binning the stars in the CMDs with
respect to their MK-values results in Luminosity Functions (LFs) for the cluster combinations.
The LFs based on 2MASS data are compared to LFs obtained using theoretical isochrones from
the Padova group (Bertelli et al. 2008, Marigo et al. 2008). Using the 2MASS LFs integrated
MIR-spectra of the three globular cluster combinations are derived by weighting the existing
spectra with the total number of AGB stars within each MK-bin of the LFs along the upper
giant branch. This relies on the assumption that stars that occupy the same area in the CMD
are comparably evolved and have similar MIR-spectra. The excellent coverage of the AGB in
NGC104, both photometrically and spectroscopically, allows to investigate the effect of various
weighting methods like different LFs or assumptions on the frequency of TP-AGB stars in
their minimum phase. In this context it is also possible to reproduce the flat dust excess and
the reduced silicate domination found in early-type galaxies. For the intermediate and high
metallicity groups such a study is not successful due to the limited number of spectra available
in these groups.
We report that all co-added MIR-spectra are dominated by a prominent dust excess due to
silicate grains present in the stellar outflows. The excess increases with increasing metallicity.
A future perspective of the project would be to achieve a more complete observational coverage
of stars evolving up the AGB at intermediate metallicities, which would lead to a further
improved understanding of the integrated MIR-spectra of old unresolved stellar populations in
general. The thesis is completed by first model calculations to predict the MIR-spectrum using
the wind code by H.-P. Gail.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
stardust cosmic dust stellar populations AGB stars mid-infrared spectrum globular clusters
Schlagwörter
(Deutsch)
kosmischer Staub stellare Populationen AGB Sterne mittleres Infrarot Spektrum Kugelsternhaufen
Autor*innen
Hannes Richter
Haupttitel (Englisch)
Tracing dust in old stellar populations
Hauptuntertitel (Englisch)
the mid-infrared spectrum of globular cluster AGB stars
Paralleltitel (Deutsch)
Staub in alten Sternpopulationen
Paralleltitel (Englisch)
Tracing dust in old stellar populations
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
V, 169 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Werner Zeilinger ,
Paola Marigo
AC Nummer
AC08464438
Utheses ID
12017
Studienkennzahl
UA | 091 | 413 | |