Galactic Archaeology. From Multiple Stellar Populations in star clusters to Extremely Metal-Poor stars

L'archeologia galattica mira a scoprire la storia dell'Universo circostante, ponendo al centro della ricerca l'origine della Galassia. Proprio come gli archeologi studiano i fossili per svelare la storia dell'umanità, gli archeologi galattici setacciano le strutture più antiche osservabili oggi nell'Universo per far luce sulle prime fasi del Cosmo. Tra gli oggetti più antichi, gli Ammassi Globulari vecchi (GC) e le stelle estremamente povere di metalli forniscono un'opportunità unica per comprendere la formazione della Via Lattea. In particolare, quasi tutti i GC antichi ospitano più popolazioni stellari (MP) con diversa composizione chimica e possibilmente età. Nonostante gli sforzi della comunità astronomica, l'origine di queste popolazioni stellari, e quindi dei GC, rimane uno dei più grandi misteri dell'astrofisica moderna. Mentre la maggior parte dei lavori in letteratura si basano sulla fotometria e la spettroscopia, recenti lavori teorici suggeriscono che l'attuale dinamica interna di MP differenti fornisca una finestra sulla formazione di questi oggetti, gettando così luce sul primo universo. Nel mio lavoro, ho combinato l'astrometria e la fotometria allo stato dell'arte per esplorare il territorio ancora poco esplorato della dinamica interna delle MP. In particolare, analizzando un campione di 9 GC, ho trovato differenze dinamiche e morfologiche in alcuni di questi GC, mentre in altri ammassi le stelle di prima e seconda popolazione condividono le stesse proprietà generali. Nel complesso, il mio lavoro fornisce nuovi vincoli osservativi allo scenario di formazione delle MP nei GGC. Aumentando ulteriormente la complessità del puzzle, recenti osservazioni del telescopio spaziale Hubble hanno rivelato come le MP non siano una peculiarità dei GC galattici, ma una caratteristica comune tra gli ammassi galattici aperti (OC) e gli ammassi extra-galattici, più giovani di 2 Gyr. In questo quadro, gli ammassi giovani delle Nubi di Magellano (MC), offrirebbero l'opportunità unica di affrontare questo fenomeno durante il suo svolgimento. Per capire la natura delle MP negli ammassi giovani, ho analizzato 12 OC galattici, dimostrando come la rotazione stellare sia il meccanismo principale responsabile delle caratteristiche osservate nei diagrammi colore-magnitudine dei giovani OC e anche degli MC. Tuttavia tale analisi non fornisce prove sufficienti per escludere la presenza di differenze di età residue tra le stelle dell'ammasso. Per comprendere l'origine dei MP nei giovani ammassi ho quindi introdotto un nuovo approccio che sfrutta il Main-sequence Turn-On come orologio imparziale per rompere la degenerazione tra età e rotazione stellare. L'analisi del giovane ammasso NGC1818 rivela una storia di formazione stellare caratterizzata da un singolo burst, durato al massimo 8 Myr, escludendo quindi una volta per tutte l'età come responsabile delle caratteristiche osservate nei giovani ammassi MCs. Mentre la luce proveniente da antichi GC fornisce vincoli fondamentali sulla vita iniziale della nostra Galassia, non è l'unica fonte di informazioni che abbiamo. Infatti, le stelle a più bassa metallicità osservabili oggi possono fornire indizi inestimabili sulla formazione della Via Lattea. Queste stelle appartengono alle prime generazioni stellari, e, quindi, la loro cinematica può fornire indicazioni circa gli eventi che si sono verificati durante la formazione della Via Lattea. Ho dunque determinato e analizzato la cinematica di un campione di 475 stelle molto povere di metalli, sfruttando le loro proprietà orbitali per identificare la natura e l'origine di queste stelle. In particolare, mentre virtualmente nessuna stella povera di metalli dovrebbe di trovarsi nel disco galattico, ho trovato che l'11% esibisce orbite confinate entro 3 kpc dal piano galattico, e proprietà dinamiche coerenti con la definizione di stelle a disco spesso. Questo sottocampione rappresenta la coda a bassissima metallicità del disco spesso.