Environmental effects on the evolution of dwarf and spiral galaxies: dynamics and stellar populations

The work presented in this thesis is aimed at the observational characterization of the physical properties of galaxies to place constraints on their scenarios of formation and evolution. In particular, I have focused on the determination of how the environment in which galaxies evolve affects their structural and kinematic properties, and their stellar populations. In the first part of my thesis I studied the properties of the dwarf early-type galaxy population in two nearby galaxy clusters: Centaurus and Perseus. For the Centaurus Cluster, I analysed X-Shooter spectroscopy of a sample of eight dwarf elliptical galaxies and two compact elliptical galaxies. The visible arm high-resolution spectra were employed to derive the internal velocity dispersion of the galaxies, together with an estimate of their dynamical mass and their mass-to-light ratios. I used the internal velocity dispersion measurements to compute the first estimate of the Faber-Jackson relation of dwarf galaxies in the Centaurus Cluster. I used the medium resolution optical spectra to characterize the stellar populations of the dwarf and compact galaxies. In addition, I analysed fibre spectroscopic data of low-luminosity ellipticals in the Perseus Cluster. My investigation of the global cluster kinematics confirmed the different origin of the faint galaxy population with respect to the bright galaxies. Measurements of the properties of the stellar populations were performed on all the cluster early-type galaxies, and were used to derive the first estimate of the mass-metallicity relation for the Perseus Cluster. In the second part of my thesis I analysed the stellar populations of a sample of bulges in twelve isolated disc galaxies and in four spiral galaxies with a high surface brightness disc. I derived the structural parameters of the bulges by performing two-dimensional photometric decomposition of galaxy images. I analysed long-slit spectroscopy to derive the age, metallicity, and \afe\ enhancement in the central part of the bulge and at the radius where the bulge contributes the same surface brightness as the other galaxy components. The bulges of isolated galaxies are characterized by intermediate and old ages, a large spread in metallicities ranging from sub- to super-solar values, and super-solar [α/Fe] enhancements. The high [α/Fe] ratios indicates shorter star formation timescales with respect to galaxies in denser environments. All the sample bulges also show a negative gradient for the [α/Fe] enhancement, in agreement with the predictions of the dissipative collapse formation scenario. By comparing our analysis with those of selected samples from the literature, I was able to confirm that environment-driven processes play an important role in the evolution of bulges in high density environments. In particular, repeated interactions and merging with other galaxies tend to erase the stellar population gradients of the bulges and prolong their star formation histories.

L'obiettivo del lavoro presentato in questa tesi è la caratterizzazione osservativa delle proprietà fisiche delle galassie, per vincolarne gli scenari di formazione ed evoluzione. In particolare mi sono concentrato nel determinare come l'ambiente, in cui evolvono le galassie, influisca sulle loro proprietà strutturali e cinematiche e sulle loro popolazioni stellari. La prima parte della tesi è focalizzata sulle proprietà delle galassie nane dei primi tipi morfologici negli ammassi di galassie del Centauro e di Perseo. Per l'Ammasso del Centauro, ho analizzato gli spettri ottenuti con X-Shooter di un campione di 8 galassie ellittiche nane e 2 galassie ellittiche compatte. Gli spettri nella banda ottica ad alta risoluzione sono stati utilizzati per ricavare la dispersione di velocità interna delle galassie, insieme alla stima della loro massa dinamica e del rapporto massa/luminosità. Ho utilizzato le dispersioni di velocità per calcolare la prima stima della relazione di Faber-Jackson per le galassie nane dell'Ammasso di Centaurus. Ho sfruttato gli spettri nella banda ultravioletta e blu a media risoluzione per caratterizzare le popolazioni stellari delle galassie nane e delle galassie compatte. Successivamente ho effettuato l'analisi di spettroscopia da fibre ottiche di galassie ellittiche a bassa luminosità nell'Ammasso di Perseuo. La mia indagine della cinematica globale dell'ammasso ha confermato la diversa origine della popolazione di galassie a bassa brillanza rispetto a quelle ad alta brillanza. La misura delle proprietà delle popolazioni stellari è stata condotta su tutte le galassie ellittiche e lenticolari dell'ammasso, ed ha permesso di ricavare la prima stima della relazione massa-metallicità per l'Ammasso di Perseo. Nella seconda parte della tesi ho analizzato le popolazioni stellari di un campione di sferoidi in 12 galassie a disco isolate ed in 4 galassie a spirale di alta brillanza superficiale. Ho derivato i parametri strutturali degli sferoidi attraverso la decomposizione fotometrica. Ho analizzato spettroscopia di fenditura per ricavare l'età, la metallicità, il rapporto [α/Fe] nella parte centrale degli sferoidi ed in corrispondenza del raggio dove lo sferoide contribuisce la stessa frazione di brillanza superficiale rispetto alle altre componenti della galassia. Gli sferoidi delle galassie isolate sono caratterizzati da età intermedie ed elevate, da una metallicità molto varia e da alti valori di del rapporto [α/Fe], che indicano come i tempi scala di formazione stellare siano più corti rispetto a quelli delle galassie in ambienti più densi. Tutti gli sferoidi del campione presentano anche gradienti del rapporto [α/Fe] negativi, in accordo con le previsioni del modello di formazione per collasso dissipativo. Confrontando la mia analisi con campioni selezionati dalla letteratura, ho potuto confermare che i processi di interazione con l'ambiente hanno un ruolo importante nell'evoluzione degli sferoidi in ambienti ad alta densità. In particolare, interazioni ripetute e fusioni con altre galassie tendono a cancellare i gradienti nelle popolazioni stellari degli sferoidi e prolungano i tempi di formazione stellare.