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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.14.2012.tde-30012013-113804
Document
Author
Full name
Oscar Cavichia de Moraes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2012
Supervisor
Committee
Costa, Roberto Dell' Aglio Dias da (President)
Lepine, Jacques Raymond Daniel
Lorente, Mercedes Mollá
Maciel, Walter Junqueira
Pinto, Helio Jaques Rocha
Title in Portuguese
Populações e evolução do bojo e região central da Galáxia
Keywords in Portuguese
abundâncias químicas
espectroscopia
evolução química
nebulosas planetárias
Via Láctea
Abstract in Portuguese
O presente trabalho propõe uma abordagem abrangente para descrever a evolução da região central da Via Láctea, compreendendo-se aí o bojo, a barra e as interfaces dos mesmos com o limite interno do disco e com a região central do halo. Pretende-se investigar as propriedades químicas e cinemáticas destas estruturas, que são interconectadas, com o objetivo de separá-las e aplicar os resultados daí obtidos a um modelo de formação e evolução do bojo e da região interna do disco que descreva simultaneamente distintos aspectos da evolução da região central da Galáxia. Na primeira parte do trabalho, uma amostra de nebulosas planetárias (NPs) localizadas no disco interno e no bojo da Galáxia é utilizada para encontrar a distância galactocêntrica que melhor separa estas duas populações, do ponto de vista das abundâncias. Foram utilizadas escalas de distâncias estatísticas para o estudo da distribuição das abundâncias na interface bojo-disco. A aplicação do teste Kolmogorov-Smirnov mostrou que, em média, a população interna não segue o gradiente radial de abundâncias do disco na direção do centro galáctico. Baseado neste estudo, propõe-se uma distância galactocêntrica de 1.5 kpc para definir a interface bojo-disco. Na segunda parte do trabalho, foram realizadas observações espectrofotométricas de 21 NPs localizadas na direção do centro da Galáxia com o telescópio SOAR. Estes objetos estão localizados bem próximos ao plano galáctico na direção central da Via Láctea, onde não existem dados de NPs na literatura. Os resultados mostram que as NPs localizadas nesta região apresentam baixas abundâncias de oxigênio comparadas com as NPs do disco interno e de outras regiões do bojo. Os resultados indicam que o bojo apresenta uma complexa composição de populações estelares. Por um lado, a presença de nebulosas com baixas abundâncias mostra que o bojo pode ter se formado a partir de um disco galáctico antigo através de uma evolução secular. Por outro lado, existem alguns objetos do bojo para os quais as abundâncias coincidem com o limite do gradiente radial do disco nesta região. Esta é uma evidência para um bojo composto por duas ou mais populações: uma originada do disco fino, e outra originada do disco espesso. Na última parte do trabalho propõe-se a inclusão de fluxos radiais de gás em um modelo de evolução química para simular os efeitos de uma barra localizada no centro da Galáxia nas distribuições de abundâncias, densidade de gás e taxa de formação estelar (SFR). Os resultados das simulações indicam que os modelos com fluxos de gás apresentam uma SFR mais alta no bojo e que os perfis da SFR e da densidade de gás na região central são melhor reproduzidos após a inclusão dos fluxos radiais no modelo. As simulações indicam ainda que o gradiente de abundâncias do disco é mais plano para o caso da inclusão da barra. Estes resultados indicam que a barra e os fluxos de gás exercem um importante papel na formação de estrelas no centro das galáxias espirais barradas.
Title in English
Populations and the evolution of the bulge and central region of the Galaxy
Keywords in English
bulge
chemical abundances
chemical evolution
disk
Milky Way
planetary nebulae
spectroscopy
Abstract in English
This project proposes a comprehensive approach to describe the evolution of the central region of the Galaxy, comprising the bulge, the bar and their interfaces with the inner disk and the central region of the halo. We intend to investigate the chemical and kinematic properties of these structures, which are interconnected, aiming to separate them and apply these results to a model for the formation and evolution of the bulge and inner disk, capable to describe simultaneously distinct aspects of the evolution of the central region of the Galaxy. First, a sample of planetary nebulae (PNe) located in the inner-disk and bulge of the Galaxy is used in order to find the galactocentric distance that better separates these two populations, from the point of view of abundances. Statistical distance scales were used to study the distribution of abundances across the disk-bulge interface. A Kolmogorov-Smirnov test was used to find the distance in which the chemical properties of these regions better separates. The results of the statistical analysis indicate that, on the average, the inner population has lower abundances than the outer. Additionally, for the $\alpha$-elements abundances, the inner population does not follow the disk radial gradient towards the galactic centre. Based on our results, we suggest a bulge-disk interface at 1.5 kpc, marking the transition between the bulge and inner-disk of the Galaxy, as defined by the intermediate mass population. Second, we present spectrophotometric observations for a sample of 21 PNe located towards the galactic centre of the Galaxy. The abundances are derived based on observations in the optical domain made at the SOAR telescope. Their location is interesting since there are no observations of PNe in this region. The data show lower oxygen abundances compared to those from PNe located in the inner disk and other bulge regions. The results show that the bulge has a complex composition of stellar populations. The presence of PNe with low abundances indicates that the bulge might be formed from an old galactic disk through secular evolution. On the other hand, other objects from our sample have abundances compared to those from inner disk PNe. This is evidence that two or more populations might compose the bulge: one originated from the thin disk, and the other from the thick disk. Last, we propose a chemical evolution model that includes radial gas flows. This is done in order to mimic the effects of the galactic bar on the chemical abundances distributions and the gas density profiles and the star formation rate (SFR). The results of the models with radial flows point to a high SFR in the bulge and, additionally, the SFR and gas density profiles in the inner Galaxy are better reproduced after the inclusion of radial gas flows in the model. After including a specific velocity pattern for the bar, the results show a flattening of the radial abundance gradient. Our results indicate that radial gas flows may play an important role in the star formation near the centre of barred spiral galaxies.
 
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Publishing Date
2013-01-31
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • CAVICHIA, O., et al. The role of the Galactic bar in the chemical evolution of the Milky Way [doi:10.1093/mnras/stt2164]. Royal Astronomical Society. Monthly Notices [online], 2013, vol. in, p. press.
  • CAVICHIA, O., COSTA, R. D. D., and MACIEL, W. J. Planetary nebulae in the inner Milky Way II: the Bulge-Disk transition. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica, 2011, vol. 47, p. 49-61.
  • CAVICHIA, O., COSTA, R. D. D., and MACIEL, W. J. Planetary nebulae in the inner Milky Way: new abundances. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica, 2010, vol. 46, p. 159-177.
  • Cavichia, Oscar, Costa, Roberto D. D., and Maciel, Walter J. Helium abundances in inner Galaxy planetary nebulae [doi:10.1017/S1743921310004035]. In IAU Symposium 268: Light Elements in the Universe, Genebra, 2009. Proceedings of the IAU Symposium 268.Cambridge : Cambridge University Press, 2009. Abstract.
  • CAVICHIA, O., et al. Planetary nebulae and the chemical evolution of the galactic bulge: New abundances of older objects. In IAU Symposium 283, Puerto de la Cruz/Tenerife, 2011. Proceedings of the IAU Symposium 283: Planetary nebulae - an eye to the future.Cambridge : Cambridge Un. Press, 2012. Abstract. Available from: http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=8685741.
  • CAVICHIA, O., et al. The star formation rate in the inner Milky Way Galaxy. In IAU Symposium 292 - Molecular gas, dust and star formation in galaxies, Beijing, 2012. Proceedings of the IAU Symposium 292.Cambridge : Cambridge Un Press, 2013. Abstract.
  • CAVICHIA, O., and COSTA, R. D. D. The chemical evolution of the Milky Way with radial flows. In The Chemical Evolution of the Milky Way, Sesto Pusteria, 2012. The Chemical Evolution of the Milky Way.Sexten : Sexten Center for Astrophysics (SCfA), 2012. Available from: http://www.sexten-cfa.eu/public/2011/ChemEvo_Milky_way/Costa.pdf.
  • Cavichia, Oscar, Costa, Roberto D. D., and Maciel, Walter J. Planetary nebulae in the inner Milky Way [doi:10.1017/S174392131000089X]. In IAU Symposium 265: Chemical Abundances in the Universe: Connecting First Stars to Planets, Rio de Janeiro. Proceedings of the IAU Symposium 265.Cambridge : Cambridge University Press, 2009. Abstract.
  • COSTA, R. D. D., CAVICHIA, O., and MACIEL, W. J. Chemical abundances of planetary nebulae in the disk-bulge connection. In IAU Symposium 254: The Galaxy Disk in Cosmological Context, Copenhagen, 2009. Proceedings of the IAU Symposium 254.Cambridge : Cambridge University Press, 2009.
  • COSTA, R. D. D., CAVICHIA, O., and MACIEL, W. J. Planetary nebulae and the determination of the bulge-disk border. In IAU Symposium 289, Pequim, 2012. Proceedings of the IAU Symposium 289: Advancing the physics of cosmic distances. : Cambridge Un. Press, 2012.
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