Recherche de champs magnétiques chez les étoiles Wolf-Rayet par l'analyse d'observations spectropolarimétriques.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée.

Étude de l'hétérogénéité et de la cinématique du puissant vent stellaire de trois étoiles Wolf-Rayet très chaudes de la séquence d'azote

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude de l'hétérogénéité et de la cinématique du puissant vent stellaire de trois étoiles Wolf-Rayet très chaudes de la séquence d'azote

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude de l’étoile Wolf-Rayet variable WR 46 dans l’ultraviolet lointain et les rayons X

L’étoile Wolf-Rayet WR 46 est connue pour sa variabilité complexe sur des échelles de temps relativement courtes de quelques heures et sur des échelles de temps plus longues de plusieurs mois. Des décalages périodiques mais intermittents en vitesse radiale ont déjà été observés dans ses raies d’émission optiques. Plusieurs périodes photométriques ont aussi été mesurées dans le passé. Des pulsations non-radiales, une modulation liée à la rotation rapide, ou encore la présence d’un compagnon de faible masse dont la présence reste à confirmer ont été proposées pour expliquer le comportement de l’étoile sur des échelles de temps de quelques heures. Dans un effort pour dévoiler sa vraie nature, nous avons observé WR 46 avec le satellite FUSE sur plusieurs cycles de variabilité à court terme. Nous avons trouvé des variations sur une échelle de temps d’environ 7,5 heures dans le continu ultraviolet lointain, dans l’aile bleue de la composante d’absorption du profil P Cygni du doublet de O vi 1032, 1038, ainsi que dans la composante d’absorption du profil P Cygni de S vi 933, 944. Nous avons également récupéré des données archivées de cette étoile obtenues avec le satellite XMM-Newton. La courbe de lumière en rayons X montre des variations sur une échelle de temps similaire aux courbes de lumière du continu ultraviolet et ultraviolet lointain, et le spectre rayons X de WR 46 est très mou avec un pic d’émission à des énergies plus faibles que 1 keV. Nous discutons des différentes contraintes sur la nature de la variabilité de cette étoile que ces nouvelles observations aident à poser. Parmi les scénarios suggérés, nous concluons que celui des pulsations non-radiales est le plus probable, bien que nous soyons encore loin d’une compréhension détaillée de WR 46.

Étude observationnelle de la collision des vents dans les systèmes Wolf-Rayet+O

Nous présentons les résultats de trois campagnes d'observation d'un mois chacune dans le cadre de l'étude de la collision des vents dans les systèmes binaires Wolf-Rayet + OB. Ce travail se concentre sur l'étude des objets de l'hémisphère sud n'ayant jamais encore fait l'objet d'études poussées dans ce contexte. À cela, nous avons ajouté l'objet archétype pour ce type de systèmes : WR 140 (WC7pd + O5.5fc) qui a effectué son dernier passage périastre en janvier 2009. Les deux premières campagnes (spectroscopiques), ont permis une mise à jour des éléments orbitaux ainsi qu'une estimation de la géométrie de la zone de collision des vents et d'autres paramètres fondamentaux des étoiles pour 6 systèmes binaires : WR 12 (WN8h), 21 (WN5o+O7V), 30 (WC6+O7.5V), 31 (WN4o+O8), 47 (WN6o+O5) et 140. Une période non-orbitale courte (probablement reliée à la rotation) a également été mesurée pour un des objets : WR 69 (WC9d+OB), avec une période orbitale bien plus grande. La troisième campagne (photométrique) a révélé une variabilité étonnamment faible dans un échantillon de 20 étoiles WC8/9. Cela supporte l'idée que les pulsations ne sont pas courantes dans ce type d'étoiles et qu'il est peu probable que celles-ci soient le mécanisme dominant de formation de poussière, suggérant, par défaut, le rôle prédominant de la collision des vents.

Étude de la variabilité spectroscopique d’un échantillon d’étoiles Wolf-Rayet de type WC9

Nous savons que la grande majorité des étoiles WC9 produit de la poussière à base de carbone. Cette dernière doit se former dans des zones de très haute densité afin de survivre à l’environnement hostile qu’est celui du vent d’une étoile WR. Les étoiles WC appartenant à un système binaire WR + O produisent de la poussière quand les vents des deux étoiles entrent en collision et forment une zone de choc pouvant augmenter la densité du gaz d’un facteur 1000. Par contre, plusieurs étoiles WC9 n’ont, à ce jour, montré aucun signe de la présence d’un compagnon. Le but du projet est de tenter d’identifier un mécanisme alternatif responsable de la formation de poussière dans les étoiles WC9 n’appartenant pas à un système binaire. Nous présentons les résultats d’une campagne d’observation visant à caractériser la variabilité spectroscopique d’un échantillon de huit étoiles WC9 et une étoile WC8d. Nos résultats indiquent que la majorité des étoiles montrent des variations à grande échelle dans la raie d’émission C III 5696, soit à un niveau d’au moins 5% du flux de la raie et que les structures dans le vent ont une dispersion de vitesses de l’ordre de 150-300 km/s. De manière générale, les variations de vitesse radiales sont anti-corrélées avec le coefficient d’asymétrie de la raie, ce qui semble infirmer la présence d’un compagnon. Des observations en photométrie de l’étoile WR103 montrent une période de 9.1 ± 0.6 jours qui s’accorde avec les variations spectroscopiques et qui ne semble pas, de manière évidente, d’origine binaire.

Étude spectroscopique du système WR145: une étoile Wolf-Rayet hybride WN/C dont le vent entre en collision avec le vent de son compagnon O

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Wolf-Rayet optically thick winds with Alfven waves

The Wolf-Rayet (WR) stars are hot luminous objects which are suffering an extreme mass loss via a continuous stellar wind. The high values of mass loss rates and high terminal velocities of the WR stellar winds constitute a challenge to the theories of radiation driven winds. Several authors incorporated magnetic forces to the line driven mechanism in order to explain these characteristics of the wind. Observations indicate that the WR stellar winds may reach, at the photosphere, velocities of the order of the terminal values, which means that an important part of the wind acceleration occurs at the optically thick region. The aim of this study is to analyze a model in which the wind in a WR star begins to be accelerated in the optically thick part of the wind. We used as initial conditions stellar parameters taken from the literature and solved the energy, mass and momentum equations. We demonstrate that the acceleration only by radiative forces is prevented by the general behavior of the opacities. Combining radiative forces plus a flux of Alfven waves, we found in the simulations a fast drop in the wind density profile which strongly reduces the extension of the optically thick region and the wind becomes optically thin too close its base. The understanding how the WR wind initiate is still an open issue. (C) 2010 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Étude du système binaire CV Ser à l'aide du satellite MOST

Ce mémoire s’intéresse au système binaire massif CV Serpentis, composé d’une Wolf- Rayet riche en carbone et d’une étoile de la séquence principale, de type spectral O (WC8d + O8-9IV). D’abord, certains phénomènes affectant les étoiles massives sont mentionnés, de leur passage sur la séquence principale à leur mort (supernova). Au cours du premier cha- pitre, un rappel est fait concernant certaines bases de l’astrophysique stellaire observa- tionnelle (diagramme Hertzsprung-Russell, phases évolutives, etc...). Au chapitre suivant, un des aspects les plus importants de la vie des étoiles massives est abordé : la perte de masse sous forme de vents stellaires. Un historique de la découverte des vents ouvre le chapitre, suivi des fondements théoriques permettant d’expliquer ce phénomène. Ensuite, différents aspects propres aux vents stellaires sont présentés. Au troisième chapitre, un historique détaillé de CV Ser est présenté en guise d’introduc- tion à cet objet singulier. Ses principales caractéristiques connues y sont mentionnées. Finalement, le cœur de ce mémoire se retrouve au chapitre 4. Des courbes de lumière ultra précises du satellite MOST (2009 et 2010) montrent une variation apparente du taux de perte de masse de la WR de l’ordre de 62% sur une période orbitale de 29.701 jours. L’analyse des résidus permet de trouver une signature suggérant la présence de régions d’interaction en corotation (en anglais corotating interaction regions, ou CIR) dans le vent WR. Une nouvelle solution orbitale est présentée ainsi que les paramètres de la région de collision des vents et les types spectraux sont confirmés.

A study of the large-scale structure of the wind of WR 134

Diverses méthodes ont été utilisées pour étudier les étoiles Wolf-Rayet (WR) dans le but de comprendre les phénomènes physiques variés qui prennent place dans leur vent dense. Pour étudier la variabilité qui n'est pas strictement périodique et ayant des caractéristiques différentes d'une époque à l'autre, il faut observer pendant des périodes de temps suffisamment longues en adopter un échantillonnage temporel élevé pour être en mesure d'identifier les phénomènes physiques sous-jacents. À l'été 2013, des astronomes professionnels et amateurs du monde entier ont contribué à une campagne d'observation de 4 mois, principalement en spectroscopie, mais aussi en photométrie, polarimétrie et en interférométrie, pour observer les 3 premières étoiles Wolf-Rayet découvertes: WR 134 (WN6b), WR 135 (WC8) et WR 137 (WC7pd + O9). Chacune de ces étoiles est intéressante à sa manière, chacune présentant une variété différente de structures dans son vent. Les données spectroscopiques de cette campagne ont été réduites et analysées pour l'étoile présumée simple WR 134 pour mieux comprendre le comportement de sa variabilité périodique à long terme dans le cadre d'une étude des régions d'interactions en corotation (CIRs) qui se retrouvent dans son vent. Les résultats de cette étude sont présentés dans ce mémoire.

The qWR star HD 45166 - II. Fundamental stellar parameters and evidence of a latitude-dependent wind

Context. The enigmatic object HD 45166 is a qWR star in a binary system with an orbital period of 1.596 day, and presents a rich emission-line spectrum in addition to absorption lines from the companion star (B7 V). As the system inclination is very small (i = 0.77 degrees +/- 0.09 degrees), HD 45166 is an ideal laboratory for wind-structure studies. Aims. The goal of the present paper is to determine the fundamental stellar and wind parameters of the qWR star. Methods. A radiative transfer model for the wind and photosphere of the qWR star was calculated using the non-LTE code CMFGEN. The wind asymmetry was also analyzed using a recently-developed version of CMFGEN to compute the emerging spectrum in two-dimensional geometry. The temporal-variance spectrum (TVS) was calculated to study the line-profile variations. Results. Abundances and stellar and wind parameters of the qWR star were obtained. The qWR star has an effective temperature of T(eff) = 50 000 +/- 2000 K, a luminosity of log(L/L(circle dot)) = 3.75 +/- 0.08, and a corresponding photospheric radius of R(phot) = 1.00 R(circle dot). The star is helium-rich (N(H)/N(He) = 2.0), while the CNO abundances are anomalous when compared either to solar values, to planetary nebulae, or to WR stars. The mass-loss rate is. M = 2.2 x 10(-7) M(circle dot) yr(-1), and the wind terminal velocity is v(infinity) = 425 km s(-1). The comparison between the observed line profiles and models computed under different latitude-dependent wind densities strongly suggests the presence of an oblate wind density enhancement, with a density contrast of at least 8: 1 from equator to pole. If a high velocity polar wind is present (similar to 1200 km s(-1)), the minimum density contrast is reduced to 4:1. Conclusions. The wind parameters determined are unusual when compared to O-type stars or to typical WR stars. While for WR stars v(infinity)/v(esc) > 1.5, in the case of HD 45166 it is much smaller (v(infinity)/v(esc) = 0.32). In addition, the efficiency of momentum transfer is eta = 0.74, which is at least 4 times smaller than in a typical WR. We find evidence for the presence of a wind compression zone, since the equatorial wind density is significantly higher than the polar wind. The TVS supports the presence of such a latitude-dependent wind and a variable absorption/scattering gas near the equator.

The chemical evolution of IC 10

Context. Dwarf irregular galaxies are relatively simple unevolved objects where it is easy to test models of galactic chemical evolution. Aims. We attempt to determine the star formation and gas accretion history of IC 10, a local dwarf irregular for which abundance, gas, and mass determinations are available. Methods. We apply detailed chemical evolution models to predict the evolution of several chemical elements (He, O, N, S) and compared our predictions with the observational data. We consider additional constraints such as the present-time gas fraction, the star formation rate (SFR), and the total estimated mass of IC 10. We assume a dark matter halo for this galaxy and study the development of a galactic wind. We consider different star formation regimes: bursting and continuous. We explore different wind situations: i) normal wind, where all the gas is lost at the same rate and ii) metal-enhanced wind, where metals produced by supernovae are preferentially lost. We study a case without wind. We vary the star formation efficiency (SFE), the wind efficiency, and the time scale of the gas infall, which are the most important parameters in our models. Results. We find that only models with metal-enhanced galactic winds can reproduce the properties of IC 10. The star formation must have proceeded in bursts rather than continuously and the bursts must have been less numerous than similar to 10 over the whole galactic lifetime. Finally, IC 10 must have formed by a slow process of gas accretion with a timescale of the order of 8 Gyr.

A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1 III. The WC9d binary W239 and implications for massive stellar evolution

Context. There is growing evidence that a treatment of binarity amongst OB stars is essential for a full theory of stellar evolution. However the binary properties of massive stars - frequency, mass ratio & orbital separation - are still poorly constrained. Aims. In order to address this shortcoming we have undertaken a multiepoch spectroscopic study of the stellar population of the young massive cluster Westerlund 1. In this paper we present an investigation into the nature of the dusty Wolf-Rayet star and candidate binary W239. Methods. To accomplish this we have utilised our spectroscopic data in conjunction with multi-year optical and near-IR photometric observations in order to search for binary signatures. Comparison of these data to synthetic non-LTE model atmosphere spectra were used to derive the fundamental properties of the WC9 primary. Results. We found W239 to have an orbital period of only similar to 5.05 days, making it one of the most compact WC binaries yet identified. Analysis of the long term near-IR lightcurve reveals a significant flare between 2004-6. We interpret this as evidence for a third massive stellar component in the system in a long period (> 6 yr), eccentric orbit, with dust production occuring at periastron leading to the flare. The presence of a near-IR excess characteristic of hot (similar to 1300 K) dust at every epoch is consistent with the expectation that the subset of persistent dust forming WC stars are short (< 1 yr) period binaries, although confirmation will require further observations. Non-LTE model atmosphere analysis of the spectrum reveals the physical properties of the WC9 component to be fully consistent with other Galactic examples. Conclusions. The simultaneous presence of both short period Wolf-Rayet binaries and cool hypergiants within Wd 1 provides compelling evidence for a bifurcation in the post-Main Sequence evolution of massive stars due to binarity. Short period O+OB binaries will evolve directly to the Wolf-Rayet phase, either due to an episode of binary mediated mass loss - likely via case A mass transfer or a contact configuration - or via chemically homogenous evolution. Conversely, long period binaries and single stars will instead undergo a red loop across the HR diagram via a cool hypergiant phase. Future analysis of the full spectroscopic dataset for Wd 1 will constrain the proportion of massive stars experiencing each pathway; hence quantifying the importance of binarity in massive stellar evolution up to and beyond supernova and the resultant production of relativistic remnants.

New Galactic star clusters discovered in the VVV survey

Context. VISTA Variables in the Via Lactea (VVV) is one of the six ESO Public Surveys operating on the new 4-m Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA). VVV is scanning the Milky Way bulge and an adjacent section of the disk, where star formation activity is high. One of the principal goals of the VVV Survey is to find new star clusters of different ages. Aims. In order to trace the early epochs of star cluster formation we concentrated our search in the directions to those of known star formation regions, masers, radio, and infrared sources. Methods. The disk area covered by VVV was visually inspected using the pipeline processed and calibrated K(S)-band tile images for stellar over-densities. Subsequently, we examined the composite JHK(S) and ZJK(S) color images of each candidate. PSF photometry of 15 x 15 arcmin fields centered on the candidates was then performed on the Cambridge Astronomy Survey Unit reduced images. After statistical field-star decontamination, color-magnitude and color-color diagrams were constructed and analyzed. Results. We report the discovery of 96 new infrared open clusters and stellar groups. Most of the new cluster candidates are faint and compact (with small angular sizes), highly reddened, and younger than 5 Myr. For relatively well populated cluster candidates we derived their fundamental parameters such as reddening, distance, and age by fitting the solar-metallicity Padova isochrones to the color-magnitude diagrams.

Near-infrared integral field spectroscopy of the Homunculus nebula around eta Carinae using Gemini/CIRPASS

This work presents the first integral field spectroscopy of the Homunculus nebula around eta Carinae in the near-infrared spectral region (J band). We confirmed the presence of a hole on the polar region of each lobe, as indicated by previous near-IR long-slit spectra and mid-IR images. The holes can be described as a cylinder of height (i.e. the thickness of the lobe) and diameter of 6.5 and 6.0 x 10(16) cm, respectively. We also mapped the blue-shifted component of He I lambda 10830 seen towards the NW lobe. Contrary to previous works, we suggested that this blue-shifted component is not related to the Paddle but it is indeed in the equatorial disc. We confirmed the claim of N. Smith and showed that the spatial extent of the Little Homunculus matches remarkably well the radio continuum emission at 3 cm, indicating that the Little Homunculus can be regarded as a small H II region. Therefore, we used the optically thin 1.3 mm radio flux to derive a lower limit for the number of Lyman-continuum photons of the central source in eta Car. In the context of a binary system, and assuming that the ionizing flux comes entirely from the hot companion star, the lower limit for its spectral type and luminosity class ranges from O5.5 III to O7 I. Moreover, we showed that the radio peak at 1.7 arcsec NW from the central star is in the same line-of-sight of the `Sr-filament` but they are obviously spatially separated, while the blue-shifted component of He I lambda 10830 may be related to the radio peak and can be explained by the ultraviolet radiation from the companion star.