Stellar populations in the Carina dSph galaxy and in the globular cluster Omega Centauri

ABSTRACT Dwarf spheroidal galaxies (dSphs) in the Local Group are fundamental laboratories to constrain not only cosmological theories concerning the so-called hierarchical paradigm, but also to trace back in time the star formation history and the chemical enrichment of these systems. dSph are good candidate to be the building blocks needed to assemble big galaxies in the hierarchical scenario. The high Mass-to-Light (M/L) ratio estimated seem to indicate that they are Dark Matter dominated. However, photometric survey have brought the evidence of the presence of extra-tidal stars around these objects. This could be the signature of tidal interaction between dSphs and the Galaxy, and may explain the high M/L estimated. The study of stellar populations of these nearby objects may help us to understand the nature of these elusive galaxies, and how they interact with the Galaxy. We present in this thesis the result of a photometric campaign aimed at studying the stellar content of two particularly nteresting objects, namely the Carina dSph galaxy and the globular cluster Omega Centauri. Carina is the prototype of dSph with complex star formation history. It hosts at least three different populations, which formed in bursting episodes spaced out by long quiescent phases. The main events occurred ~11, 5 and less than 1 Gyr ago. The lack of gas, and the fact the last the last perigalacticon passage occurred ~2Gyr ago, make the formatiom of the youngest population a real puzzle. Morevore, the spatial distribution of older and younger stars appear different, the former being more centrally concentrated while the old population is distributed in a sort of diffused halo. The possible detection of extra-tidal stars has been debated in the literature, but no firm detection has been established yet. We present a photometric a spectroscopic study of the stellar populations the Carina dSph. We investigated the stellar content on the central region, and exploited the wide field imagers available on medium class telescope to investigate the occurrence of extra-tidal stars. The other topic of this thesis is Omega Centauri. This peculiar cluster is considered as the missing ring between dwarf galaxies and globular clusters. In fact it is the only globular cluster charcterized by undisputed multiple stellar populations and a spread in the metal content. Moreover, it has been suggested the existence of tidal tails along the Omega Cen orbit, but these results are not well established. However, recent theoretical simulations support the evidence that Omega Cen might be the core of a dwarf galaxy, which has lost most of its stellar content along the orbit. We present a multivawelength photometric study based on both ground-based as well HST data. ABSTRACT Le galassie Sferoidali Nane (dSphs) presenti nel Gruppo Locale costituiscono un laboratorio fondamentale per affinare non solo le teorie concernenti il così detto paradigma gerarchico, ma anche per tracciare all’indietro nel tempo la storia di formazione stellare ed arricchimento chimico di questi sistemi. Le dSphs sono buoni candidati ad essere i mattoni costitutivi necessari a costruire la galassie giganti nello scenario gerarchico. L’alto rapporto Massa/Luminosità (M/L) stimato sembra indicare una forte componente dominante di Materia Oscura. Altresì, survey fotometriche supportano l’evidenza dell’esistenza di stelle extra-mareali attorno a questi oggetti. Questa potrebbe essere la prova dell’interazione di tipo mareale tra le dSphs e la Galassia, a potrebbe spiegare l’alto valore di M/L stimato. Lo studio delle popolazioni stellari di questi oggetti vicini può aiutarci a capire la natura di queste piccole galassie e come interagiscono con la Galassia. In questo lavoro di tesi presentiamo il risultato di una campagna fotometrica volta allo studio del contenuto stellare di due oggetti particolarmente interessanti: la dSph Carina e l’ammasso globulare Omega Centauri. Carina è il prototipo di dSph con formazione stellare complessa. Essa ospita almeno tre diverse popolazioni, che si sono formate in tre distinti episodi intervallati da lunghi periodi di quiescenza. Gli eventi principali sono accaduti circa 11, 5, e 1 Gyr di anni fa. L’assenza di gas, e il fatto che l’ultimo passaggio al perigalattico sia occorso circa 2 Gyr di anni fa, rende l’episodio di formazione stellare più recente un vero enigma. Inoltre, la distribuzione spaziale delle stelle più vecchie e di quelle di età intermedia sembra essere differente, essendo queste ultime più concentrate verso il centro mentre le stelle vecchie sono distribuite in una sorta di alone esteso. La possibile rivelazione di stelle extra-mareali è stata discussa in letteratura, ma nessuna prova è stata ancora confermata. Noi presentiamo uno studio fotometrico e spettroscopico delle popolazioni stellari di Carina. Abbiamo investigato il contenuto stellare nelle regioni centrali della galassia, e utilizzato camere CCD a grande campo installati su telescopi di medio formato per ricercare stelle extra-mareali. Il secondo argomento di questa tesi è Omega Centauri. Questo ammasso peculiare è considerato l’anello mancante tra le galassie nane e gli ammassi globulari. Infatti esso è l’unico ammasso globulare caratterizzato da popolazioni stellari multiple e un contenuto in metalli differenziato tra le diverse popolazioni. Inoltre, è stato suggerita l’esistenza di code mareali attorno ad Omega Centauri, ma questi risultati non sono stati confermati. Recenti simulazioni teoriche supportano l’evidenza che Omega Centauri sia il nucleo di una galassia nana, che ha perso gran parte del suo contenuto stellare. In questa tesi presentiamo uno studio fotometrico multi-banda basato su dati ottenuti con telescopi a terra e dallo spazio.