In this thesis a critical assessment of the ages derived using theoretical pre-main-sequence (pre-MS) stellar evolutionary models is presented by comparing the predictions to the low-mass pre-MS population of 14 young star-forming regions (SFRs) in colour-magnitude diagrams (CMDs). Deriving pre-MS ages requires precise distances and estimates of the reddening. Therefore, the main-sequence (MS) members of the SFRs have been used to derive a self-consistent set of statistically robust ages, distances and reddenings with associated uncertainties using a maximum-likelihood fitting statistic and MS evolutionary models. A photometric method (known as the Q-method) for de-reddening individual stars in regions where the extinction is spatially variable has been updated and is presented. The effects of both the model dependency and the SFR composition on these derived parameters are also discussed. The problem of calibrating photometric observations of red pre-MS stars is examined and it is shown that using observations of MS stars to transform the data into a standard photometric system can introduce significant errors in the position of the pre-MS locus in CMD space. Hence, it is crucial that precise photometric studies (especially of pre- MS objects) be carried out in the natural photometric system of the observations. This therefore requires a robust model of the system responses for the instrument used, and thus the calculated responses for the Wide-Field Camera on the Isaac Newton Telescope are presented. These system responses have been tested using standard star observations and have been shown to be a good representation of the photometric system. A benchmark test for the pre-MS evolutionary models is performed by comparing them to a set of well-calibrated CMDs of the Pleiades in the wavelength regime 0.4−2.5 μm. The masses predicted by these models are also tested against dynamical masses using a sample of MS binaries by calculating the system magnitude in a given photometric band- pass. This analysis shows that for Teff ≤ 4000 K the models systematically overestimate the flux by a factor of 2 at 0.5 μm, though this decreases with wavelength, becoming negligible at 2.2 μm. Thus before the pre-MS models are used to derive ages, a recalibration of the models is performed by incorporating an empirical colour-Teff relation and bolometric corrections based on the Ks-band luminosity of Pleiades members, with theoretical corrections for the dependence on the surface gravity (log g). The recalibrated pre-MS model isochrones are used to derive ages from the pre-MS populations of the SFRs. These ages are then compared with the MS derivations, thus providing a powerful diagnostic tool with which to discriminate between the different pre- MS age scales that arise from a much stronger model dependency in the pre-MS regime. The revised ages assigned to each of the 14 SFRs are up to a factor two older than previous derivations, a result with wide-ranging implications, including that circumstellar discs survive longer and that the average Class II lifetime is greater than currently believed.

As part of a large investigation with Hubble Space Telescope to study the faintest stars within the globular cluster omega Centauri, in this work we present early results on the multiplicity of its main sequence (MS) stars, based on deep optical and near-infrared observations. By using appropriate colour-magnitude diagrams, we have identified, for the first time, the two main stellar Populations I and II along the entire MS, from the turn-off towards the hydrogen-burning limit. We have compared the observations with suitable synthetic spectra of MS stars and conclude that the two main sequences (MSs) are consistent with stellar populations with different metallicity, helium and light-element abundance. Specifically, MS-I corresponds to a metal-poor stellar population ([Fe/H] similar to -1.7) with Y similar to 0.25 and [O/Fe] similar to 0.30. The MS-II hosts helium-rich (Y similar to 0.37-0.40) stars with metallicity ranging from [Fe/H] similar to -1.7 to -1.4. Below the MS knee (m(F160W) similar to 19.5), our photometry reveals that each of the two main MSs hosts stellar subpopulations with different oxygen abundances, with very O-poor stars ([O/Fe] similar to -0.5) populating the MS-II. Such a complexity has never been observed in previous studies of M-dwarfs in globular clusters. A few months before the launch of the James Webb Space Telescope, these results demonstrate the power of optical and near-infrared photometry in the study of multiple stellar populations in globular clusters.

Os aglomerados globulares (GCs) são laboratórios essenciais no estudo da formação e evolução quimiodinâmica da Via Láctea, pois formaram-se durante os episódios iniciais de formação estelar das galáxias. Na última década, evidências observacionais fotométricas e espectroscópicas têm desafiado o paradigma clássico da formação dos GCs em um episódio único de formação estelar, dando origem ao debate sobre as múltiplas populações estelares. Com o objetivo de explorar esse fenômeno, o programa do Telescópio Espacial Hubble GO-13297 (UV Legacy Survey of Galactic Globular Clusters, PI G. Piotto) obteve fotometria para 57 GCs com os filtros UV/azul F275W, F336W e F438W (WFC3/UVIS), sensíveis às variações nas abundâncias de CNO e, portanto, capazes de distinguir múltiplas populações ao longo dos diagramas cor-magnitude. Combinados com fotometria anterior nos filtros do óptico F606W e F814W (programa GO-10775, PI A. Sarajedini), eles formam uma base de dados fotométricos sem precedentes para GCs. Este trabalho expõe a análise de sete desses aglomerados, sendo seis do Bojo Galáctico (NGC 6304, NGC 6624, NGC 6637, NGC 6652, NGC 6717 e NGC 6723) e um localizado no Halo interno para referência (NGC 6362). A amostra é representativa dos dois picos na distribuição de metalicidades dos GCs do Bojo, em [Fe/H] ~ -0.5 e -1.0. Adotou-se métodos homogêneos para a separação das múltiplas populações nos diferentes estágios evolutivos e para o ajuste de isócronas, com o intuito de analisar comparativamente os dois grupos de metalicidade e verificar se ocorre alguma diferença de idades detectável entre as múltiplas populações. Algoritmos de classificação com aprendizado de máquina, e métodos utilizando estatística Bayesiana (máxima verossimilhança e MCMC) foram implementados e uma ferramenta em Python, nomeada SIRIUS, foi desenvolvida pelo grupo. Os resultados apontam para uma tendência de idades maiores (~ 13 Gyr) para os GCs mais pobres em metais com ramo horizontal azul, comparado com 12.0-12.5 Gyr para os outros GCs. Os resultados para as múltiplas populações indicam idades ligeiramente mais altas para a primeira geração em geral, mas com diferenças menores que 400 Myr comparado com a segunda geração. O resultado de 13.14 +0.25/-0.43 Gyr para o aglomerado NGC 6717 surpreende pois este é o aglomerado menos massivo da amostra, com maior fração de estrelas da primeira geração e com um ramo horizontal azul estendido: aspectos que o colocam como um dos objetos mais velhos da Galáxia. Esses resultados são bastante relevantes, com impactos diretos nos cenários de formação das partes centrais da Galáxia. / The globular clusters (GCs) are fundamental laboratories to study the formation and chemodynamical evolution of the Milky Way, as they formed during the initial episodes of star formation in galaxies. In the last decade, photometric and spectroscopic observational results have challenged the classical paradigm of GCs formation in a single star formation burst, giving rise to the debate about multiple stellar populations. With the purpose of better explore this phenomenon, the Hubble Space Telescope GO-13297 program (UV Legacy Survey of Galactic Globular Clusters, PI: G. Piotto) obtained photometry for 57 GCs with the UV/blue filters F275W, F336W and F438W (WFC3/UVIS), sensitive to variations in CNO abundances, and consequently able to distinguish multiple populations along the color-magnitude diagrams. Combined with previous photometry in the optical filters F606W and F814W (GO-10775 program, PI A. Sarajedini), they provide an unprecedented photometric database for GCs. This work presents the analysis of seven of these clusters, six of them from the Galactic Bulge (NGC 6304, NGC 6624, NGC 6637, NGC 6652, NGC 6717 and NGC 6723) and one located in the inner Halo for reference purposes (NGC 6362). This sample is representative of the two peaks in the metallicity distribution of Bulge GCs, with [Fe/H] ~ -0.5 and -1.0. We adopted homogeneous methods to the separation of multiple populations in the different evolutionary stages and to the isochrone fitting, with the purpose of analyze comparatively the two metallicity groups, and check whether there occurs any detectable age difference between the multiple populations. Classification algorithms with machine learning, and methods using Bayesian statistics (maximum likelihood and MCMC) were implemented and a Python tool, named SIRIUS, was developed by the group. The results point to a trend of larger ages (~ 13 Gyr) for the more metal-poor clusters with a blue horizontal branch, compared with 12.0-12.5 Gyr for the other GCs. The results for the multiple populations indicate slightly larger ages for the first generation in general, but with differences lower than 400 Myr compared with the second generation. The result of 13.14 +0.25/-0.43 Gyr for the cluster NGC 6717 is surprising because this is the least massive cluster of the sample, with the highest fraction of first generation stars and with a blue horizontal branch: features that place it as one of the oldest objects in the Galaxy. These results are quite relevant, with direct impacts on the formation scenarios of the innermost regions of the Galaxy.

Análise de idades e metalicidades de aglomerados estelares nas Nuvens de Magalhães traz informação para estudos sobre a evolução química e dinâmica das Nuvens. Usando-as como calibradores de modelos de populações estelares simples, esse tipo de análise é útil também para o estudo de outras galáxias. Um dos objetivos deste trabalho é derivar idades e metalicidades a partir de espectros integrados de 14 aglomerados na Pequena Nuvem de Magalhães. Busca-se o entendimento, em particular, dos aglomerados de idade intermediária/velha. A metodologia usada para isso é baseada em ajuste de espectro completo dos espectros integrados dos aglomerados, comparando-os a três bases de modelos de populações estelares simples; são usados dois códigos disponíveis na literatura para efetuar tais comparações. Desse modo, são identicados 9 aglomerados como de idade intermediária/velha e os outros 5, jovens. Destacam-se os resultados para os aglomerados com idade intermediária/velha recém identicadas: HW 1, NGC 152, Lindsay 3, 11 e 113. São conrmadas também as idades velhas de NGC 361, 419 e Kron 3 e do bem conhecido e mais velho aglomerado da Pequena Nuvem, NGC 121. Outro objetivo é determinar parâmetros físicos autoconsistentes (idade, metalicidade, distância e avermelhamento) para 7 aglomerados relativamente pouco estudados da Pequena Nuvem, com idades entre ~ 0.5 e 5 Ganos. Para isso são usadas ferramentas estatísticas que comparam CMDs modelados com os observados. Diferentemente de um ajuste visual de isócrona, essa abordagem oferece um critério objetivo e inequívoco para estabelecer quais são os CMDs sintéticos que melhor ajustam o CMD observado. Resultados preliminares mostram a eciência deste método, que determina log(idade), com incerteza de 0.10 e [Fe/H], com 0.20. Isso pode introduzir novos e importantes limites na relação idade-metalicidade da Pequena Nuvem, que é signicativamente mais complexa e menos estudada que a da Grande Nuvem. / Analysis of age and metallicity of star clusters in Magellanic Clouds brings information to studies on the chemical evolution and dynamics of the Clouds. By using them as calibrators of single stellar populations models, this type of analysis is also useful for the study of other galaxies. One of the aims of this work is to derive ages and metallicities from integrated spectra of 14 clusters in the Small Magellanic Cloud. We seek for the understanding, in particular, of the intermediate/old age clusters. The method used for this purpose is based on full spectrum tting of integrated spectra of the clusters, comparing them to three sets of single stellar populations; two codes available in the literature are used to do such comparisons. Thus 9 clusters are identied as intermediate/old age clusters and 5 other as young ones. Noteworthy are the results for the clusters with intermediate/old age newly identied: HW 1, NGC 152, Lindsay 3, 11 and 113. We also conrm the old ages of NGC 361, 419 and Kron 3, and of the well-known oldest cluster of the Small Cloud, NGC 121. Another aim is to determine self-consistent physical parameters (age, metallicity, distance and reddening) for 7 relatively unstudied stellar clusters in the Small Magellanic Cloud, with ages between 0.5 and 5 Gyr. We use statistical tools to compare synthetic and observed CMDs. Dierently of a visual isochrone t, this approach oers ob jective and unambiguous criteria to establish which are the synthetic CMDs that best ts the observed CMD. Preliminary results show the eciency of this method, which determines log(age), with an uncertainty of 0.10 and [Fe/H], with 0.20. This can introduce new and important constraints in the age-metallicity relation for the Small Cloud, which is signicantly more complex and less studied than the one of the Large Magellanic Cloud.

Análise de idades e metalicidades de aglomerados estelares nas Nuvens de Magalhães traz informação para estudos sobre a evolução química e dinâmica das Nuvens. Usando-as como calibradores de modelos de populações estelares simples, esse tipo de análise é útil também para o estudo de outras galáxias. Um dos objetivos deste trabalho é derivar idades e metalicidades a partir de espectros integrados de 14 aglomerados na Pequena Nuvem de Magalhães. Busca-se o entendimento, em particular, dos aglomerados de idade intermediária/velha. A metodologia usada para isso é baseada em ajuste de espectro completo dos espectros integrados dos aglomerados, comparando-os a três bases de modelos de populações estelares simples; são usados dois códigos disponíveis na literatura para efetuar tais comparações. Desse modo, são identicados 9 aglomerados como de idade intermediária/velha e os outros 5, jovens. Destacam-se os resultados para os aglomerados com idade intermediária/velha recém identicadas: HW 1, NGC 152, Lindsay 3, 11 e 113. São conrmadas também as idades velhas de NGC 361, 419 e Kron 3 e do bem conhecido e mais velho aglomerado da Pequena Nuvem, NGC 121. Outro objetivo é determinar parâmetros físicos autoconsistentes (idade, metalicidade, distância e avermelhamento) para 7 aglomerados relativamente pouco estudados da Pequena Nuvem, com idades entre ~ 0.5 e 5 Ganos. Para isso são usadas ferramentas estatísticas que comparam CMDs modelados com os observados. Diferentemente de um ajuste visual de isócrona, essa abordagem oferece um critério objetivo e inequívoco para estabelecer quais são os CMDs sintéticos que melhor ajustam o CMD observado. Resultados preliminares mostram a eciência deste método, que determina log(idade), com incerteza de 0.10 e [Fe/H], com 0.20. Isso pode introduzir novos e importantes limites na relação idade-metalicidade da Pequena Nuvem, que é signicativamente mais complexa e menos estudada que a da Grande Nuvem. / Analysis of age and metallicity of star clusters in Magellanic Clouds brings information to studies on the chemical evolution and dynamics of the Clouds. By using them as calibrators of single stellar populations models, this type of analysis is also useful for the study of other galaxies. One of the aims of this work is to derive ages and metallicities from integrated spectra of 14 clusters in the Small Magellanic Cloud. We seek for the understanding, in particular, of the intermediate/old age clusters. The method used for this purpose is based on full spectrum tting of integrated spectra of the clusters, comparing them to three sets of single stellar populations; two codes available in the literature are used to do such comparisons. Thus 9 clusters are identied as intermediate/old age clusters and 5 other as young ones. Noteworthy are the results for the clusters with intermediate/old age newly identied: HW 1, NGC 152, Lindsay 3, 11 and 113. We also conrm the old ages of NGC 361, 419 and Kron 3, and of the well-known oldest cluster of the Small Cloud, NGC 121. Another aim is to determine self-consistent physical parameters (age, metallicity, distance and reddening) for 7 relatively unstudied stellar clusters in the Small Magellanic Cloud, with ages between 0.5 and 5 Gyr. We use statistical tools to compare synthetic and observed CMDs. Dierently of a visual isochrone t, this approach oers ob jective and unambiguous criteria to establish which are the synthetic CMDs that best ts the observed CMD. Preliminary results show the eciency of this method, which determines log(age), with an uncertainty of 0.10 and [Fe/H], with 0.20. This can introduce new and important constraints in the age-metallicity relation for the Small Cloud, which is signicantly more complex and less studied than the one of the Large Magellanic Cloud.

Globular clusters are tracers of the formation and evolution of their host galaxies. Kinematics, chemical abundances, age and position of the clusters allows tracing interactions between Milky Way and surrounding galaxies and outlines their chemical enrichment history. In this thesis we analyse mid-resolution spectra of about 800 red giant stars in 51 Galactic globular clusters. It is the first time that [Fe/H] and [Mg/Fe] derived in a consistent way are published for such a huge sample of globular clusters, almost 1/3 of the total number of catalogued clusters. Our metallicities are showed to be more precise than previous works based on mid-resolution spectroscopy. A turnover at [Fe/H] ~ -1.0 is found in the plot [Fe/H] vs. [Mg/Fe] for bulge and halo, although bulge seems to have a more metal-rich turnover, i.e, bulge has more efficient formation than the halo. Comparing the abundances with age the timescale for SNIa to start to become important is 1Gyr. [Fe/H] vs. age corroborates the different star formation efficiency of bulge and halo while [Mg/Fe] does not follow that. Halo was formed in mini halos or dwarf galaxies, and two multiple population clusters had their origin analysed to check it. M 22 seems to have been formed in the Milky Way while NGC 5824 possibly was originated in a dwarf galaxy, although our results are inconclusive for NGC 5824. The Galactic bulge seems to have been formed fast i.e., probably the oldest globular cluster is there. In fact HP 1 has a bluer horizontal branch than expected for its metallicity and we interpret that as an age effect. We determine its distance using light curves of variable stars in order to constrain future age determinations via colour-magnitude diagram. Finally, we investigate interaction between Milky Way and its neighbour galaxy SMC. We find that some star clusters are being stripped out of the SMC main body, which is consistent with tidal stripping scenario for the interaction between the galaxies, instead of ram pressure that would only affect gas. / Aglomerados globulares são traçadores da formação e evolução de suas galáxias. Cinemática, abundâncias químicas, idades e posições dos aglomerados permitem traçar interações entre Via Láctea e galáxias vizinhas e suas histórias de enriquecimento químico. Nesta tese analisamos espectros de média resolução de mais de 800 estrelas gigantes vermelhas em 51 aglomerados globulares Galácticos. É a primeira vez que [Fe/H] and [Mg/Fe] determinados de modo consistente são publicados para uma amostra desse porte, ~1/3 dos objetos catalogados. Nossas metalicidades são mais precisas que trabalhos anteriores similares. Uma quebra em [Fe/H] ~ -1.0 é encontrada no gráfico [Fe/H] vs. [Mg/Fe] para o bojo e halo, embora bojo parece ter uma quebra em [Fe/H] maior, i.e, bojo tem formaçãao mais eficiente que o halo. Comparando abundâncias com idade, a escala de tempo para SNIa ficar importante é 1Gano. [Fe/H] vs. idade corrobora diferentes eficiências de formação do bojo e halo, mas [Mg/Fe] vs. idade não mostra isso. O halo foi formado em mini halos ou galáxias anãs, e dois aglomerados com dispersão em [Fe/H] tiveram suas origens analisadas. M 22 parece ter sido formado na Via Láctea e NGC 5824 possivelmente foi originado em uma galáxia anã, embora os resultados são inconclusivos para NGC 5824. O bojo parece ter sido formado rapidamente e deve possuir o aglomerado mais velho. De fato, HP 1 tem um ramo horizontal mais azul que o esperado para sua metalicidade e vemos isso como um efeito da idade. Determinamos sua distância usando curvas de luz de RR Lyrae de maneira a restringir futuras determinações de idade via diagrama cor-magnitude. Finalmente, investigamos a interação entre Via Láctea e sua galáxia vizinha SMC. Encontramos aglomerados sendo removidos do corpo central da SMC, consistente com cenário de remoção por força de maré para a interação entre as galáxias, em vez de ``ram pressure\'\' que afeta só gás.

Globular clusters are tracers of the formation and evolution of their host galaxies. Kinematics, chemical abundances, age and position of the clusters allows tracing interactions between Milky Way and surrounding galaxies and outlines their chemical enrichment history. In this thesis we analyse mid-resolution spectra of about 800 red giant stars in 51 Galactic globular clusters. It is the first time that [Fe/H] and [Mg/Fe] derived in a consistent way are published for such a huge sample of globular clusters, almost 1/3 of the total number of catalogued clusters. Our metallicities are showed to be more precise than previous works based on mid-resolution spectroscopy. A turnover at [Fe/H] ~ -1.0 is found in the plot [Fe/H] vs. [Mg/Fe] for bulge and halo, although bulge seems to have a more metal-rich turnover, i.e, bulge has more efficient formation than the halo. Comparing the abundances with age the timescale for SNIa to start to become important is 1Gyr. [Fe/H] vs. age corroborates the different star formation efficiency of bulge and halo while [Mg/Fe] does not follow that. Halo was formed in mini halos or dwarf galaxies, and two multiple population clusters had their origin analysed to check it. M 22 seems to have been formed in the Milky Way while NGC 5824 possibly was originated in a dwarf galaxy, although our results are inconclusive for NGC 5824. The Galactic bulge seems to have been formed fast i.e., probably the oldest globular cluster is there. In fact HP 1 has a bluer horizontal branch than expected for its metallicity and we interpret that as an age effect. We determine its distance using light curves of variable stars in order to constrain future age determinations via colour-magnitude diagram. Finally, we investigate interaction between Milky Way and its neighbour galaxy SMC. We find that some star clusters are being stripped out of the SMC main body, which is consistent with tidal stripping scenario for the interaction between the galaxies, instead of ram pressure that would only affect gas. / Aglomerados globulares são traçadores da formação e evolução de suas galáxias. Cinemática, abundâncias químicas, idades e posições dos aglomerados permitem traçar interações entre Via Láctea e galáxias vizinhas e suas histórias de enriquecimento químico. Nesta tese analisamos espectros de média resolução de mais de 800 estrelas gigantes vermelhas em 51 aglomerados globulares Galácticos. É a primeira vez que [Fe/H] and [Mg/Fe] determinados de modo consistente são publicados para uma amostra desse porte, ~1/3 dos objetos catalogados. Nossas metalicidades são mais precisas que trabalhos anteriores similares. Uma quebra em [Fe/H] ~ -1.0 é encontrada no gráfico [Fe/H] vs. [Mg/Fe] para o bojo e halo, embora bojo parece ter uma quebra em [Fe/H] maior, i.e, bojo tem formaçãao mais eficiente que o halo. Comparando abundâncias com idade, a escala de tempo para SNIa ficar importante é 1Gano. [Fe/H] vs. idade corrobora diferentes eficiências de formação do bojo e halo, mas [Mg/Fe] vs. idade não mostra isso. O halo foi formado em mini halos ou galáxias anãs, e dois aglomerados com dispersão em [Fe/H] tiveram suas origens analisadas. M 22 parece ter sido formado na Via Láctea e NGC 5824 possivelmente foi originado em uma galáxia anã, embora os resultados são inconclusivos para NGC 5824. O bojo parece ter sido formado rapidamente e deve possuir o aglomerado mais velho. De fato, HP 1 tem um ramo horizontal mais azul que o esperado para sua metalicidade e vemos isso como um efeito da idade. Determinamos sua distância usando curvas de luz de RR Lyrae de maneira a restringir futuras determinações de idade via diagrama cor-magnitude. Finalmente, investigamos a interação entre Via Láctea e sua galáxia vizinha SMC. Encontramos aglomerados sendo removidos do corpo central da SMC, consistente com cenário de remoção por força de maré para a interação entre as galáxias, em vez de ``ram pressure\'\' que afeta só gás.