In the framework of an ESO Large Programme high quality spectra of 70 very metal-poor dwarfs and giants were obtained with the VLT-UVES combination. This paper reports the detailed analyses of the 35 giants of the sample. At the exception of a few template stars, all the targets are from the H&K Beers et al. survey. No less than 22 stars have [Fe/H] below -3.0. The imprint of yields of the first galactic or protogalactic supernovae is sampled in the photospheres of these stars. If [C/Fe], [Na/Fe] and [Al/Fe] show a spread significantly above the observational scatter, several abundance ratios present an amazing low scatter when plotted against [Fe/H], as [Cr/Fe] but also odd elements, as [K/Fe] or [Sc/Fe]. The abundance of oxygen has been derived from the [O I] line for 16 of these giants, in spite of the extreme weakness of the line. No significant slope with [Fe/H] is found. Similar plots have been made using Mg instead of Fe as reference element. With Mg, no clear trend with metallicity is obvious below [Mg/H]=-3., except perhaps for [Zn/Mg]. It is contemplated that the mild slope found in the very low scatter diagram [Cr/Fe] versus [Fe/H] might be spurious due for example to the LTE approximation plus use of 1-D models. This would relax the absence of scatter in the dilution of the SN ejectas within the ambient medium, as needed if [Fe/H] is a well defined function of [Cr/Fe].

Within the Local Universe galaxies can be studied in great detail star by star, and here we review the results of quantitative studies in nearby dwarf galaxies. The color-magnitude diagram synthesis method is well established as the most accurate way to determine star-formation histories of galaxies back to the earliest times. This approach received a large boost from the exceptional data sets that wide-field CCD imagers on the ground and the Hubble Space Telescope could provide. Spectroscopic studies using large ground-based telescopes such as VLT, Magellan, Keck, and HET have allowed the determination of abundances and kinematics for significant samples of stars in nearby dwarf galaxies. These studies have shown how the properties of stellar populations can vary spatially and temporally. This leads to important constraints to theories of galaxy formation and evolution. The combination of spectroscopy and imaging and what they have taught us about dwarf galaxy formation and evolution is the aim of this review.

High-resolution spectra obtained with three ground-based facilities and the Hubble Space Telescope (HST) have been combined to produce a new abundance analysis of CS 22892-052, an extremely metal-poor giant with large relative enhancements of neutron capture elements. A revised model stellar atmosphere has been derived with the aid of a large number of Fe peak transitions, including both neutral and ionized species of six elements. Several elements, including Mo, Lu, Au, Pt, and Pb, have been detected for the first time in CS 22892-052, and significant upper limits have been placed on the abundances of Ga, Ge, Cd, Sn, and U in this star. In total, abundance measurements or upper limits have been determined for 57 elements, far more than previously possible. New Be and Li detections in CS 22892-052 indicate that the abundances of both these elements are significantly depleted compared to unevolved main-sequence turnoff stars of similar metallicity. Abundance comparisons show an excellent agreement between the heaviest n-capture elements (Z ≥ 56) and scaled solar system r-process abundances, confirming earlier results for CS 22892-052 and other metal-poor stars. New theoretical r-process calculations also show good agreement with CS 22892-052 abundances and the solar r-process abundance components. The abundances of lighter elements (40 ≤ Z ≤ 50), however, deviate from the same scaled abundance curves that match the heavier elements, suggesting different synthesis conditions or sites for the low-mass and high-mass ends of the abundance distribution. The detection of Th and the upper limit on the U abundance together imply a lower limit of 10.4 Gyr on the age of CS 22892-052, quite consistent with the Th/Eu age estimate of 12.8± ≃ 3 Gyr. An average of several chronometric ratios yields an age 14.2± ≃ 3 Gyr.

We have used the Ultraviolet Echelle Spectrograph (UVES) on Kueyen (UT2) of the Very Large Telescope to take spectra of 15 individual red giants in the Sculptor, Fornax, Carina, and Leo I dwarf spheroidal galaxies (dSph's). We measure the abundances of α-, iron peak, first s-process, second s-process, and r-process elements. No dSph giants in our sample show the deep mixing abundance pattern (O and sometimes Mg depleted, while Na and Al are enhanced) seen in nearly all globular clusters. At a given metallicity the dSph giants exhibit lower [el/Fe] abundance ratios for the α-elements than stars in the Galactic halo. The low α abundances at low metallicities can be caused by a slow star formation rate and contribution from Type Ia SNe, and/or a small star formation event (low total mass) and mass-dependent Type II SN yields. In addition, Leo I and Sculptor exhibit a declining even-Z [el/Fe] pattern with increasing metallicity, while Fornax exhibits no significant slope. In contrast, Carina shows a large spread in the even-Z abundance pattern, even over small metallicity ranges, as might be expected from a bursting star formation history. The metal-poor stars in these dSph galaxies ([Fe/H] < -1) have halo-like s- and r-process abundances, but not every dSph exhibits the same evolution in the s- and r-process abundance pattern. Carina, Sculptor, and Fornax show a rise in the s-/r-process ratio with increasing metallicity, evolving from a pure r-process ratio to a solar-like s- and r-process ratio. On the other hand, Leo I, appears to show an r-process–dominated ratio over the range in metallicities sampled. At present, we attribute these differences in the star formation histories of these galaxies. Comparison of the dSph abundances with those of the halo reveals some consistencies with the Galactic halo. In particular, Nissen & Shuster found that their metal-rich, high Rmax high zmax halo stars exhibited low [α/Fe], [Na/Fe] and [Ni/Fe] abundance ratios. In the same abundance range our dSph exhibit the same abundance pattern, supporting their suggestions that disrupted dSph's may explain up to 50% of the metal-rich halo. Unfortunately, similar comparisons with the metal-poor Galactic halo have not revealed similar consistencies, suggesting that the majority of the metal-poor Galactic halo could not have been formed from objects similar to the dSph studied here. We use the dSph abundances to place new constraints on the nucleosynthetic origins of several elements. We attribute differences in the evolution of [Y/Fe] in the dSph stars versus the halo stars to a very weak AGB or SN Ia yield of Y (especially compared with Ba). That a lower and flatter Ba/Y ratio is seen in the halo is most likely a result of the pattern being erased by the large metallicity dispersion in the halo. Also, we find [Cu/Fe] and [Mn/Fe] are flat and halo-like over the metallicity city range -2 < [Fe/H] < -1.2, and that the [Cu/α] ratios are flat. Combining these abundances with knowledge of the age spread in these galaxies suggests that SNe Ia are not the main site for the production of Cu (and Mn) in very metal-poor stars. We suggest that metallicity-dependent SN yields may be more promising.

We present VLT-UVES Li abundances for 28 halo dwarf stars between [Fe/H]=-2.5 and -3.5, 10 of which have [Fe/H]<-3. Four different T_eff scales have been used. Direct Infrared Flux Method (IRFM) has been used on the basis of 2MASS infrared photometry. H_alpha wings have been fitted against synthetic grids computed by means of 1D LTE atmosphere models, assuming different self-broadening theories. Finally, a grid of H_alpha profiles has been computed by means of 3D hydrodynamical atmosphere models. The Li I doublet at 670.8 nm has been used to measure A(Li) by means of 3D hydrodynamical NLTE spectral syntheses. An analytical fit of A(Li)(3D, NLTE) as a function of equivalent width, T_eff, log g, and [Fe/H] has been derived and is made available. A(Li) does not exhibit a plateau below [Fe/H]=-3. A strong positive correlation with [Fe/H] appears, not influenced by the choice of the T_eff estimator. From a linear fit, we obtain a strong slope of about 0.30 dex in A(Li) per dex in [Fe/H], significant to 2-3 sigma, and consistent among all the four T_eff estimators. A significant slope is also detected in the A(Li)--T_eff plane, driven mainly by the coolest stars in the sample which appear Li-poor. Removing such stars does not alter the behavior in the A(Li)-[Fe/H] plane. The scatter in A(Li) increases by a factor of 2 towards lower metallicities, while the plateau appears very thin above [Fe/H]=-2.8. The meltdown of the Spite plateau below [Fe/H]\sim-3 is established, but its cause is unclear. If the primordial A(Li) is the one derived from WMAP, it appears difficult to envision a single depletion phenomenon producing a thin, metallicity independent plateau above [Fe/H]=-2.8, and a highly scattered, metallicity dependent distribution below. The fact that no star below [Fe/H]=-3 lies above the plateau suggests that they formed at plateau level and underwent subsequent depletion.

(Abridged) We have used the atmospheric parameters, [alpha/Fe] abundances and radial velocities, determined from the Gaia-ESO Survey GIRAFFE spectra of FGK-type stars (iDR1), to provide a chemo-kinematical characterisation of the disc stellar populations. We focuss on a subsample of 1016 stars with high quality parameters, covering the volume |Z|<4.5kpc and R in the range 2-13kpc. We have identified a thin to thick disc separation in the [alpha/Fe] vs [M/H] plane, thanks to the presence of a low-density region in the number density distribution. The thick disc stars seem to lie in progressively thinner layers above the Galactic plane, as metallicity increases and [alpha/Fe] decreases. The thin disc population presents a constant value of the mean distance to the plane at all metallicities. Our data confirm the already known correlations between V_phi and [M/H] for the two discs. For the thick disc sequence, a study of the possible contamination by thin disc stars suggests a gradient up to 64km/s/dex. The distributions of V_phi, V_Z, and orbital parameters are analysed for the chemically separated samples. Concerning the gradients with galactocentric radius, we find for the thin disc a flat behaviour of V_phi, a [M/H] gradient of -0.058dex/kpc and a small positive [alpha/Fe] gradient. For the thick disc, flat gradients in [M/H] and [alpha/Fe] are derived. Our chemo-kinematical analysis suggests a picture in which the thick disc seems to have experienced a settling process, during which its rotation increased progressively, and, possibly, the V_phi dispersion decreased. At [M/H]-0.25dex and [alpha/Fe]0.1dex, the mean characteristics of the thick disc in distance to the Galactic plane, V_phi, V_phi dispersion and eccentricity agree with those of the thin disc stars, suggesting a possible connection between these populations at a certain epoch of the disc evolution.

The Gaia-ESO Survey is obtaining high-quality spectroscopic data for about 10^5 stars using FLAMES at the VLT. UVES high-resolution spectra are being collected for about 5000 FGK-type stars. These UVES spectra are analyzed in parallel by several state-of-the-art methodologies. Our aim is to present how these analyses were implemented, to discuss their results, and to describe how a final recommended parameter scale is defined. We also discuss the precision (method-to-method dispersion) and accuracy (biases with respect to the reference values) of the final parameters. These results are part of the Gaia-ESO 2nd internal release and will be part of its 1st public release of advanced data products. The final parameter scale is tied to the one defined by the Gaia benchmark stars, a set of stars with fundamental atmospheric parameters. A set of open and globular clusters is used to evaluate the physical soundness of the results. Each methodology is judged against the benchmark stars to define weights in three different regions of the parameter space. The final recommended results are the weighted-medians of those from the individual methods. The recommended results successfully reproduce the benchmark stars atmospheric parameters and the expected Teff-log g relation of the calibrating clusters. Atmospheric parameters and abundances have been determined for 1301 FGK-type stars observed with UVES. The median of the method-to-method dispersion of the atmospheric parameters is 55 K for Teff, 0.13 dex for log g, and 0.07 dex for [Fe/H]. Systematic biases are estimated to be between 50-100 K for Teff, 0.10-0.25 dex for log g, and 0.05-0.10 dex for [Fe/H]. Abundances for 24 elements were derived: C, N, O, Na, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ba, Nd, and Eu. The typical method-to-method dispersion of the abundances varies between 0.10 and 0.20 dex.

We present the Pristine survey, a new narrow-band photometric survey focused on the metallicity-sensitive Ca H & K lines and conducted in the northern hemisphere with the wide-field imager MegaCam on the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT). This paper reviews our overall survey strategy and discusses the data processing and metallicity calibration. Additionally we review the application of these data to the main aims of the survey, which are to gather a large sample of the most metal-poor stars in the Galaxy, to further characterise the faintest Milky Way satellites, and to map the (metal-poor) substructure in the Galactic halo. The current Pristine footprint comprises over 1,000 deg2 in the Galactic halo ranging from b~30 to 78 and covers many known stellar substructures. We demonstrate that, for SDSS stellar objects, we can calibrate the photometry at the 0.02-magnitude level. The comparison with existing spectroscopic metallicities from SDSS/SEGUE and LAMOST shows that, when combined with SDSS broad-band g and i photometry, we can use the CaHK photometry to infer photometric metallicities with an accuracy of ~0.2 dex from [Fe/H]=-0.5 down to the extremely metal-poor regime ([Fe/H]<-3.0). After the removal of various contaminants, we can efficiently select metal-poor stars and build a very complete sample with high purity. The success rate of uncovering [Fe/H]SEGUE<-3.0 stars among [Fe/H]Pristine<-3.0 selected stars is 24% and 85% of the remaining candidates are still very metal poor ([Fe/H]<-2.0). We further demonstrate that Pristine is well suited to identify the very rare and pristine Galactic stars with [Fe/H]<-4.0, which can teach us valuable lessons about the early Universe.