Analysis of the three dimensional structure of the Magellanic System based on classical pulsators from the OGLE project

Obłoki Magellana sa jednymi z najblizszych nam galaktyk. Łacznie z otaczajacymi strukturami tworza System Magellana, który mozna nazwac naszym „lokalnym laboratorium” w kontekscie oddziaływan miedzygalaktycznych. Jednym z ich najwazniejszych rezultatów jest istnienie struktury rozciagajacej sie pomiedzy Obłokami, zwanej Mostem Magellana. W ramach niniejszej rozprawy doktorskiej zbadałam trójwymiarowa strukture Obłoków Magellana oraz Mostu Magellana. Wykorzystałam w tym celu klasyczne gwiazdy pulsujace, bedace zarazem swiecami standardowymi, pochodzace z Kolekcji Gwiazd Zmiennych projektu OGLE. Pierwsza czesc mojej pracy doktorskiej przedstawia analize trójwymiarowego rozkładu cefeid klasycznych w Systemie Magellana (Jacyszyn-Dobrzeniecka i in., 2016, Acta Astronomica, 66, 149). W Wielkim Obłoku Magellana sa one skupione w wyraznych strukturach lezacych w płaszczyznie dysku – głównie w poprzeczce oraz ramieniu północnym. W Małym Obłoku Magellana cefeidy klasyczne rozłozone sa bardziej równomiernie i tworza strukture o kształcie elipsoidy trójosiowej, której najdłuzsza os jest pieciokrotnie dłuzsza niz krótkie osie. Mały Obłok Magellana jest rozciagniety prawie wzdłuz linii widzenia. Kolejny etap przedstawia analize trójwymiarowego rozkładu gwiazd pulsujacych typu RR Lutni, nalezacych do starej populacji gwiazdowej (Jacyszyn- Dobrzeniecka i in., 2017, Acta Astronomica, 67, 1). W obydwu Obłokach Magellana gwiazdy te tworza regularne struktury, które mozna opisac za pomoca trójosiowych elipsoid. Porównanie otrzymanych przeze mnie rozkładów dla gwiazd obydwu typów wskazuje na to, ze gwiazdy stare rozłozone sa na znacznie wiekszym obszarze, a takze nie tworza wyraznych podstruktur, w przeciwienstwie do gwiazd młodych. W nastepnej czesci pracy przedstawiłam szczegółowa analize zaktualizowanej próbki cefeid klasycznych zaklasyfikowanych jako przynalezace do Mostu Magellana (Jacyszyn-Dobrzeniecka i in., 2020, The Astrophysical Journal, 889, 25). Wykazałam, ze cefeidy klasyczne tworza połaczenie pomiedzy Obłokami zarówno w dwóch jak i trzech wymiarach. Ponadto wiek wiekszosci z nich zgodny jest z hipoteza, ze zostały one uformowane w obszarze Mostu Magellana w wyniku ostatniego zblizenia Obłoków. Dodane do próbki cefeidy anomalne rozłozone sa bardziej równomiernie i nie tworza wyraznego połaczenia. Ostatni etap dotyczy szczegółowej analizy rozkładu gwiazd typu RR Lutni w obszarze Mostu Magellana (Jacyszyn-Dobrzeniecka i in., 2020, The Astrophysical Journal, 889, 26). W tej czesci pracy tej wykazałam, iz stare gwiazdy pulsujace obecne sa w obszarze Mostu Magellana, lecz nie tworza wyraznego połaczenia pomiedzy Obłokami, a ich rozkład raczej przypomina nakładajace sie na siebie rozległe halo. Dodatkowo przedstawiłam rekonstrukcje analizy wykonanej przez Belokurova i in. (2017, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 466, 4711) wykazujac, ze nie da sie odtworzyc uzyskanego przez nich połaczenia pomiedzy Obłokami Magellana bez uwzgledniania wielu niefizycznych artefaktów w koncowej próbce danych.

The Large and Small Magellanic Cloud (LMC and SMC, respectively) are among our closest galaxies. Together with the surrounding structures, they constitute the Magellanic System. This system can be named our “local laboratory” in the context of interacting galaxies. One of the most important evidences of these interactions is the existence of a structure spanning the area between the Magellanic Clouds, namely the Magellanic Bridge. In this doctoral thesis I analyzed the three dimensional structure of the Magellanic Clouds and the Magellanic Bridge. I based my studies on classical pulsating stars from the OGLE Collection of Variable Stars. In the first part of my doctoral thesis I presented an analysis of the three dimensional spatial distribution of classical Cepheids in the Magellanic System (Jacyszyn-Dobrzeniecka et al., 2016, Acta Astronomica, 66, 149). In the LMC, Cepheids form substructures located in the plane of the disk, mainly in the bar and the northern arm. In the SMC, these stars are distributed more regularly and form a tri-axial ellipsoid, of which the longest axis is five times longer than the other two axes. The SMC is elongated almost along the line of sight. The second part of the thesis presents an analysis of the three dimensional distribution of old pulsating stars – RR Lyrae variables (Jacyszyn-Dobrzeniecka et al., 2017, Acta Astronomica, 67, 1). In both Magellanic Clouds these stars form regular structures that can be described by tri-axial ellipsoids. I also compared the distributions of classical Cepheids and RR Lyrae stars, showing that the old stellar population reveal far broader distributions and do not form any additional substructures in contrast to young stars. In the next step I presented a detailed analysis of an updated sample of classical Cepheids located in the Magellanic Bridge (Jacyszyn-Dobrzeniecka et al., 2020, The Astrophysical Journal, 889, 25). I showed that classical Cepheids form a connection between the Clouds in both two and three dimensions. Moreover, ages of most of the Cepheids support the hypothesis that these stars were formed in situ in the Bridge as an effect of the last encounter of the Clouds. Anomalous Cepheids that were also added to the Bridge sample are spread more evenly and do not form an evident connection between both galaxies. The last part of my doctoral thesis concerns a detailed analysis of the distribution of RR Lyrae stars in the Magellanic Bridge (Jacyszyn-Dobrzeniecka et al., 2020, The Astrophysical Journal, 889, 26). In this study I showed that these old pulsating stars are present in the Bridge area, however they do not form an evident connection between the Clouds and their distribution rather resembles two overlapping halos. Additionally, I presented a reconstruction of the analysis performed by Belokurov et al. (2017, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 466, 4711) showing that it is not possible to obtain their bridge-like connection without many non-physical spurious sources in the final sample.