Determining stellar parameters for giants in the APOGEE-Kepler surveys

In the first part of this work, we present distance and extinction determinations for individual stars in the first and second release of the APOKASC catalogue, built from the joint efforts of the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) and the Kepler Asteroseismic Science Consortium (KASC). Our method takes into account the spectroscopic constraints derived from the APOGEE Stellar Parameters and Chemical Abundances Pipeline, together with global asteroseismic parameters from KASC. Asteroseismic parameters allow us to measure the basic stellar properties of field giants observed far across the Galaxy. Most of such determinations are, up to now, based on simple scaling relations involving the large frequency separation, ∆ν, and the frequency of maximum power, νmax . The spectroscopic and asteroseismic parameters are then employed to estimate intrinsic stellar properties, including absolute magnitudes, using the Bayesian tool PARAM. We then find the distance and extinction that best fit the observed photometry. We also implemented our code to estimate distances and extinctions taking into account only spectroscopic parameters for the APOGEE stars. We checked our distances by either comparing with other available distance catalogues and with stars belonging to star clusters. Our extinctions were also compared with extinction maps in the literature. The average distance and extinction uncertainties are ∼ 2 per cent and ∼ 0.08 mag for the stars in the APOKASC catalogue, and ∼ 7 per cent and ∼ 0.21 mag for the stars without asteroseismic parameters (APOGEE catalogue). In the last part of this work, we implement ∆ν and the period spacing, ∆P , computed along detailed grids of stellar evolutionary tracks, into stellar isochrones and hence in our Bayesian method of parameter estimation. Tests with synthetic data reveal that masses and ages can be determined with typical precision of 5 and 19 per cent, respectively, provided precise seismic parameters are available. Adding independent information on the stellar luminosity, these values can decrease down to 3 and 10 per cent respectively. The application of these methods to NGC 6819 giants produces a mean age in agreement with those derived from isochrone fitting, and no evidence of systematics differences between RGB and RC stars. The age dispersion of NGC 6819 stars, however, is larger than expected, with at least part of the spread ascribable to stars that underwent mass-transfer events.

Nella prima parte di questa tesi, presentiamo le determinazioni delle distanze ed estinzioni per le stelle singole contenute nella prima e nella seconda release del catalogo APOKASC, costruito dagli sforzi congiunti dell’Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) e dal Kepler Asteroseismology Science Consortium (KASC). Il nostro metodo prende in considerazione i vincoli spettroscopici derivati dell’APOGEE Stellar Parameters and Chemical Abundances Pipeline, insieme ai parametri globali dell’astrosismologia via KASC. I parametri astrosismici ci permettono di misurare le proprietà stellari fondamentali delle stelle giganti di campo osservate a grandi distanze attraverso la Galassia. La maggior parte di tali determinazioni sono, ad oggi, basate su semplici relazioni di scala che coinvolgono la grande separazione in frequenza, ∆ν, e la frequenza corrispondente al massimo della potenza spettrale delle oscillazioni, νmax. I parametri spettroscopici ed astrosismologici vengono poi impiegati per stimare le proprietà intrinseche stellari, tra cui magnitudine assoluta, usando il codice Bayesiano PARAM. Dopo sono calcolate la distanza e l’estinzione che meglio si adattano alla fotometria osservata. Abbiamo anche implementato il nostro codice per stimare le distanze e le estinzioni prendendo in considerazione solamente i parametri spettroscopici per le stelle del catalogo APOGEE. Abbiamo controllato le nostre distanze confrontandole con gli altri cataloghi di distanza disponibili e con stelle appartenenti ad ammassi stellari. Le nostre estinzioni sono state confrontate anche con le mappe di estinzione presenti nella letteratura. Le incertezze medie delle distanze e delle estinzioni sono ∼ 2 per cento e ∼ 0.08 mag per le stelle nel catalogo APOKASC, e ∼ 7 per cento e ∼ 0.21 mag per le stelle senza parametri asterosimici (catalogo APOGEE). Nell’ultima parte di questa tesi implementiamo ∆ν e la separazione in periodo, ∆P , che sono state calcolate lungo griglie dettagliate di tracce evolutive stellari, poi in isocrone stellari ed infine in nostro metodo Bayesiano di stima di parametri. Prove con dati sintetici rivelano che le masse e le età possono essere determinate con precisione tipica di 5 e di 19 per cento, rispettivamente, a condizione che precisi parametri sismici siano disponibili. Aggiugendo informazioni indipendenti sulla luminosità stellare, questi valori possono diminuire fino a 3 e 10 per cento, rispettivamente. L’applicazione di questi metodi alle stelle giganti di NGC 6819 produce una età media in accordo con i valori derivati da isocrone fitting, e non produce nessuna evidenza di differenze sistematiche tra le stelle RGB e RC. La dispersione di età delle stelle di NGC 6819, tuttavia, è maggiore del previsto, con almeno parte della dispersione attribuibile alle stelle sottoposte ad eventi di trasferimento di massa.