A Gaia DR3 study of the initial mass function down to the substellar regime: Orion OB1b and nearby clusters

Cabral, Rodrigo

Supervisor(es): Downes, José

Resumen:

La función inicial de masa (IMF, por sus siglas en inglés) describe la distribución de masas estelares al momento de nacer y es uno de los resultados fundamentales del proceso de formación estelar. Aunque numerosas determinaciones observacionales han mostrado IMFs similares en diferentes entornos, los modelos teóricos actuales predicen que condiciones ambientales tales como la densidad del gas, la turbulencia, el feedback estelar y la metalicidad podrían influir en su forma. Establecer si estas variaciones existen sigue siendo uno de los principales desafíos observacionales en el estudio de la formación estelar. En esta tesis, investigamos la IMF de poblaciones estelares jóvenes cercanas utilizando datos de Gaia DR3. Primero presentamos un estudio detallado de la asociación de Orion OB1b, donde identificamos ocho grupos estelares cinemáticamente distintos mediante un análisis de clustering y asignamos probabilidades de membresía utilizando un modelo probabilístico de mezcla que tiene en cuenta las incertidumbres astrométricas y la contaminación de campo. Obtuvimos las masas estelares a partir de la fotometría de Gaia corregida por extinción, empleando modelos evolutivos de pre-secuencia principal, lo que nos permite determinar la IMF hasta el régimen de las enanas marrones. Encontramos que las IMFs de los principales grupos estelares hacia OB1b son, en general, consistentes entre sí y con determinaciones previas para otras poblaciones dentro del complejo de Orión. Aunque un pequeño número de grupos muestra diferencias aparentes, estas pueden explicarse por el número limitado de miembros y las incertidumbres restantes en la asignación de membresía, por lo que no proporcionan evidencia contundente de variaciones intrínsecas en la IMF dentro de Orion OB1b. Motivados por la posibilidad de que las variaciones en la IMF puedan volverse más evidentes en poblaciones que abarquen un rango más amplio de condiciones ambientales, extendimos el análisis a otros cúmulos y asociaciones jóvenes cercanos identificados con Gaia DR3. Compilamos una muestra homogénea de poblaciones cercanas y definimos un conjunto de variables características relacionadas con la densidad estelar, la cinemática y el feedback radiativo que podrían influir en el proceso de formación estelar. Como primera aplicación, analizamos los cúmulos Pozzo 1 y BH 23, un par de cúmulos jóvenes con condiciones ambientales de formación estelar presumiblemente diferentes. Aplicando un algoritmo de clustering y nuestro modelo probabilístico desarrollado anteriormente, identificamos subestructura significativa y miembros de baja y alta masa previamente no identificados en ambos cúmulos. Las IMFs resultantes son estadísticamente indistinguibles entre sí, lo que sugiere una dependencia débil con las variables ambientales consideradas en este trabajo. En general, este trabajo proporciona nuevas restricciones observacionales sobre la IMF de poblaciones estelares jóvenes cercanas. Se establece, por primera vez, la IMF de Orion OB1b y BH 23, se proporciona la determinación más profunda de la IMF de Pozzo 1 hasta la fecha, y se presenta un marco para extender los estudios de IMF a la creciente cantidad de cúmulos revelados por Gaia.

The initial mass function (IMF) describes the distribution of stellar masses at birth and is one of the fundamental outcomes of the star formation process. Although numerous observational determinations have shown broadly similar IMFs in different environments, current theoretical models predict that environmental conditions such as gas density, turbulence, stellar feedback, and metallicity may influence their shape. Establishing whether these variations exist remains one of the main observational challenges in the study of star formation. In this thesis, we investigate the IMF of nearby young stellar populations using Gaia DR3 data. We first present a detailed study of the Orion OB1b association, where we identify eight kinematically distinct stellar groups through clustering analysis and assign membership probabilities using a probabilistic mixture model that accounts for astrometric uncertainties and field contamination. We derive stellar masses from extinction-corrected Gaia photometry using pre-main-sequence evolutionary models, allowing us to determine the IMF down to the brown dwarf regime. We find that the IMFs of the main stellar groups towards OB1b are largely consistent with one another and with previous determinations for other populations in the Orion complex. Although a small number of groups show apparent differences, these can be explained by the limited number of members and the remaining uncertainties in the membership assignment, providing no compelling evidence for intrinsic IMF variations within Orion OB1b. Motivated by the possibility that IMF variations may become more apparent across populations spanning a wider range of environmental conditions, we then extend the analysis to nearby young clusters and associations identified with Gaia DR3. We compile a homogeneous sample of nearby populations and define a set of characteristic quantities related to stellar density, kinematics, and radiative feedback that may influence the star formation process. As a first application, we analyse the clusters Pozzo 1 and BH 23, a pair of young clusters with presumably different environmental star-forming conditions. Applying a clustering algorithm and our previously developed probabilistic framework, we identify substantial substructure and previously unrecognised low-mass and highmass members in both clusters. The resulting IMFs are statistically indistinguishable from one another, suggesting a weak dependence on the environmental quantities considered here. Overall, this work provides new observational constraints on the IMF of nearby young stellar populations. It establishes, for the first time, the IMF of Orion OB1b and BH 23, provides the deepest IMF determination of Pozzo 1 to date, and presents a framework for extending IMF studies to the larger number of clusters now being revealed by Gaia.

Detalles Bibliográficos
2026
STARS FORMATION
ASTRONOMY
STARS
STARS MASS
INITIAL MASS FUNCTION
ORION OB1b
Inglés
Universidad de la República
COLIBRI
https://hdl.handle.net/20.500.12008/56478
Acceso abierto
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