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 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 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.

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.

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.

The close circumstellar environment of Betelgeuse II. Diffraction-limited spectro-imaging from 7.76 to 19.50 mu m with VLT/VISIR

Context. Mass-loss occurring in red supergiants (RSGs) is a major contributor to the enrichment of the interstellar medium in dust and molecules. The physical mechanism of this mass loss is however relatively poorly known. Betelgeuse is the nearest RSG, and as such a prime object for high angular resolution observations of its surface (by interferometry) and close circumstellar environment. Aims. The goal of our program is to understand how the material expelled from Betelgeuse is transported from its surface to the interstellar medium, and how it evolves chemically in this process. Methods. We obtained diffraction-limited images of Betelgeuse and a calibrator (Aldebaran) in six filters in the N band (7.76 to 12.81 mu m) and two filters in the Q band (17.65 and 19.50 mu m), using the VLT/VISIR instrument. Results. Our images show a bright, extended and complex circumstellar envelope at all wavelengths. It is particularly prominent longwards of approximate to 9-10 mu m, pointing at the presence of O-rich dust, such as silicates or alumina. A partial circular shell is observed between 0.5 and 1.0 '' from the star, and could correspond to the inner radius of the dust envelope. Several knots and filamentary structures are identified in the nebula. One of the knots, located at a distance of 0.9 '' west of the star, is particularly bright and compact. Conclusions. The circumstellar envelope around Betelgeuse extends at least up to several tens of stellar radii. Its relatively high degree of clumpiness indicates an inhomogeneous spatial distribution of the material lost by the star. Its extension corresponds to an important intermediate scale, where most of the dust is probably formed, between the hot and compact gaseous envelope observed previously in the near infrared and the interstellar medium.

Compact Stars and Magnetized CFL Matter

The stability of the color flavor locked phase in the presence of a strong magnetic field is investigated within the phenomenological MIT bag model. It is found that the minimum value of the energy per baryon in a color flavor locked state at vanishing pressure is lower than the corresponding one for unpaired magnetized strange quark matter and, as the magnetic field increases, the energy per baryon decreases. This implies that magnetized color flavor locked matter is more stable and could become the ground state inside neutron stars. The anisotropy of the pressures is discussed. The mass-radius relation for such stars is also studied.

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

The relationship between gamma Cassiopeiae's X-ray emission and its circumstellar environment

gamma Cas is the prototypical classical Be star and is recently best known for its variable hard X-ray emission. To elucidate the reasons for this emission, we mounted a multiwavelength campaign in 2010 centered around four XMM-Newton observations. The observational techniques included long baseline optical interferometry (LBOI) from two instruments at CHARA, photometry carried out by an automated photometric telescope and H alpha observations. Because gamma Cas is also known to be in a binary, we measured radial velocities from the H alpha line and redetermined its period as 203.55 +/- 0.20 days and its eccentricity as near zero. The LBOI observations suggest that the star's decretion disk was axisymmetric in 2010, has an system inclination angle near 45 degrees, and a larger radius than previously reported. In addition, the Be star began an "outburst" at the beginning of our campaign, made visible by a brightening and reddening of the disk during our campaign and beyond. Our analyses of the new high resolution spectra disclosed many attributes also found from spectra obtained in 2001 (Chandra) and 2004 (XMM-Newton). As well as a dominant hot (approximate to 14 keV) thermal component, the familiar attributes included: (i) a fluorescent feature of Fe K even stronger than observed at previous times; (ii) strong lines of N VII and Ne XI lines indicative of overabundances; and (iii) a subsolar Fe abundance from K-shell lines but a solar abundance from L-shell ions. We also found that two absorption columns are required to fit the continuum. While the first one maintained its historical average of 1 x 10(21) cm(-2), the second was very large and doubled to 7.4 x 10(23) cm(-2) during our X-ray observations. Although we found no clear relation between this column density and orbital phase, it correlates well with the disk brightening and reddening both in the 2010 and earlier observations. Thus, the inference from this study is that much (perhaps all?) of the X-ray emission from this source originates behind matter ejected by gamma Cas into our line of sight.

The circumstellar environment and evolutionary status of the supergiant B[e] star Wd1-9

Context. Historically, supergiant (sg)B[e] stars have been difficult to include in theoretical schemes for the evolution of massive OB stars. Aims. The location of Wd1-9 within the coeval starburst cluster Westerlund 1 means that it may be placed into a proper evolutionary context and we therefore aim to utilise a comprehensive multiwavelength dataset to determine its physical properties and consequently its relation to other sgB[e] stars and the global population of massive evolved stars within Wd1. Methods. Multi-epoch R- and I-band VLT/UVES and VLT/FORS2 spectra are used to constrain the properties of the circumstellar gas, while an ISO-SWS spectrum covering 2.45−45μm is used to investigate the distribution, geometry and composition of the dust via a semi-analytic irradiated disk model. Radio emission enables a long term mass-loss history to be determined, while X-ray observations reveal the physical nature of high energy processes within the system. Results. Wd1-9 exhibits the rich optical emission line spectrum that is characteristic of sgB[e] stars. Likewise its mid-IR spectrum resembles those of the LMC sgB[e] stars R66 and 126, revealing the presence of equatorially concentrated silicate dust, with a mass of ~10−4M⊙. Extreme historical and ongoing mass loss (≳ 10−4M⊙yr−1) is inferred from the radio observations. The X-ray properties of Wd1-9 imply the presence of high temperature plasma within the system and are directly comparable to a number of confirmed short-period colliding wind binaries within Wd1. Conclusions. The most complete explanation for the observational properties of Wd1-9 is that it is a massive interacting binary currently undergoing, or recently exited from, rapid Roche-lobe overflow, supporting the hypothesis that binarity mediates the formation of (a subset of) sgB[e] stars. The mass loss rate of Wd1-9 is consistent with such an assertion, while viable progenitor and descendent systems are present within Wd1 and comparable sgB[e] binaries have been identified in the Galaxy. Moreover, the rarity of sgB[e] stars - only two examples are identified from a census of ~ 68 young massive Galactic clusters and associations containing ~ 600 post-Main Sequence stars - is explicable given the rapidity (~ 104yr) expected for this phase of massive binary evolution.

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.

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.

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.