New windows onto the stellar population at the Galactic Centre: multi–wavelength and time-domain studies

Abstract

El objetivo de esta tesis es el estudio de las estrellas masivas pertenecientes a dos de los cúmulos más emblemáticos del centro Galáctico, los cúmulos de Arches y Quintuplet, ambos situados a unos 30 parsecs en proyección de Sagittarius A*, el agujero negro central de la Vía Láctea, utilizando técnicas de muy alta resolución angular radio interferométricas. Estas técnicas nos permiten la observación de objetos lejanos separados por una distancia angular muy pequeña, sintetizando una apertura equivalente a la distancia de separación de pares de antenas, apertura que no sería posible conseguir con un único radio telescopio. Debido a que la extinción interestelar en esta región es muy elevada, los estudios observacionales de estos dos cúmulos se han visto limitados fundamentalmente a observaciones en el infrarrojo cercano, con espectroscopía y fotometría, por ser el rango óptico prácticamente inaccesible y estar el infrarrojo medio limitado por la resolución angular y/o la sensibilidad de los instrumentos en un enclave muy poblado de estrellas. Dada la baja estadística de observaciones en radio de los vientos ionizados de las estrellas masivas y la existencia de ellas en los cúmulos de Arches y Quintuplet, este trabajo es un nuevo paso hacia la comprensión de este tipo de estrellas y de los cúmulos que las contienen. Todos los estudios que aquí se presentan se han realizado gracias a la utilización del radio interferómetro Karl G. Janksy Very Large Array (JVLA) operado por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO)1. En este trabajo se ha obtenido: a) un nuevo censo, en ambos cúmulos, del número de estrellas masivas observadas en longitudes de onda de radio centimétricas, b) los flujos y posiciones de las mismas, c) las tasas de pérdida de masa estimadas, d) una valoración de su posible multiplicidad en base al índice espectral calculado, e) una evaluación de la variabilidad, y finalmente, f) una estimación, entre unos ciertos límites, de la edad y/o masa de los cúmulos, así como de la función inicial de masa en base, precisamente, al número de radio fuentes detectadas. Esta tesis esta compuesta de seis capítulos. En el primero de ellos se da una breve introducción sobre la ciencia que hay en la misma. En el segundo capítulo se exponen los principios de la radio interferometría, haciendo hincapié en los aspectos fundamentales que han dado lugar a este trabajo. En los capítulos tres y cuatro se presentan los principales tópicos de investigación de esta tesis. Éstos incluyen los datos, el análisis y los resultados descritos en una publicación arbitrada y en una que será enviada de forma inminente. Finalmente, los capítulos cinco y seis presentan las conclusiones generales y las futuras líneas de investigación de esta tesis.

The objective of this thesis is the study of the massive stars belonging to two of the most emblematic clusters of the Galactic centre, the Arches and Quintuplet clusters, both located about 30 parsecs in projection of Sagittarius A*, the central black hole of the Milky Way, using very high angular resolution radio interferometric techniques. These techniques allow us to observe distant objects separated by a very small angular distance, synthesising an aperture equivalent to the distance between pairs of antennas, an aperture that would not be possible to achieve with a single dish radio telescope. Due to the very high extinction in this region, the observational studies of these two clusters have been mainly limited to observations in the near infrared, with spectroscopy and photometry, as the optical range is practically inaccesible and the mid-infrared is limited due to the angular resolution and/or the sensitivity of the instruments in an enclave heavily populated with stars. Given the low statistics of radio observations of the ionised winds of massive stars and the existence of them in the Arches and Quintuplet clusters, this work is a new step towards understanding this type of stars and the clusters that contain them. All the studies presented here have been carried out using the Karl G. Janksy Very Large Array (JVLA) radio interferometer operated by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO)2. In this work, we have obtained: a) a new census, in both clusters, of the number of massive stars observed in centimetre radio wavelengths, b) their fluxes and positions, c) estimated mass-loss rates, d) an assessment of their possible multiplicity based on the calculated spectral index, e) an assessment of variability, and finally, f) an estimate, within certain limits, of the age and/or mass of the clusters, as well as the IMF based, precisely, on the number of radio sources detected. This thesis is composed of six chapters. In the first one, a brief introduction is given about the science that is in it. In the second chapter, the principles of radio interferometry are exposed, emphasising the fundamental aspects that have given rise to this work. In chapters three and four, the main research topics of this thesis are presented. These include the data, analysis, and results described in a peerreviewed publication and in one to be submitted imminently. Finally, chapters five and six present the general conclusions and future lines of research of this thesis.