A Correlation Between Host Star Activity and Planet Mass for Close-in Extrasolar Planets?

The activity levels of stars are influenced by several stellar properties, such as stellar rotation, spectral type, and the presence of stellar companions. Analogous to binaries, planetary companions are also thought to be able to cause higher activity levels in their host stars, although at lower levels. Especially in X-rays, such influences are hard to detect because coronae of cool stars exhibit a considerable amount of intrinsic variability. Recently, a correlation between the mass of close-in exoplanets and their host star's X-ray luminosity has been detected, based on archival X-ray data from the ROSAT All-Sky Survey. This finding has been interpreted as evidence for star-planet interactions. We show in our analysis that this correlation is caused by selection effects due to the flux limit of the X-ray data used and due to the intrinsic planet detectability of the radial velocity method, and thus does not trace possible planet-induced effects. We also show that the correlation is not present in a corresponding complete sample derived from combined XMM-Newton and ROSAT data.

Quiescent and flaring X-ray emission from the nearby M/T dwarf binary SCR 1845-6357

Aims: X-ray emission is an important diagnostics to study magnetic activity in very low mass stars that are presumably fully convective and have an effectively neutral photosphere. Methods: We investigate an XMM-Newton observation of SCR 1845-6357, a nearby, ultracool M 8.5 / T 5.5 dwarf binary. The binary is unresolved in the XMM detectors, but the X-ray emission is very likely from the M 8.5 dwarf. We compare its flaring emission to those of similar very low mass stars and additionally present an XMM observation of the M 8 dwarf VB 10. Results: We detect quasi-quiescent X-ray emission from SCR 1845-6357 at soft X-ray energies in the 0.2-2.0 keV band, as well as a strong flare with a count rate increase of a factor of 30 and a duration of only 10 min. The quasi-quiescent X-ray luminosity of log LX = 26.2 erg/s and the corresponding activity level of log LX/Lbol = -3.8 point to a fairly active star. Coronal temperatures of up to 5 MK and frequent minor variability support this picture. During the flare, which is accompanied by a significant brightening in the near-UV, plasma temperatures of 25-30 MK are observed and an X-ray luminosity of LX = 8 × 1027 erg/s is reached. Conclusions: The source SCR 1845-6357 is a nearby, very low mass star that emits X-rays at detectable levels in quasi-quiescence, implying the existence of a corona. The high activity level, coronal temperatures and the observed large flare point to a rather active star, despite its estimated age of a few Gyr.

The high-energy environment in the super-Earth system CoRoT-7

High-energy irradiation of exoplanets has been identified to be a key influence on the stability of these planets' atmospheres. So far, irradiation-driven mass-loss has been observed only in two Hot Jupiters, and the observational data remain even more sparse in the super-Earth regime. We present an investigation of the high-energy emission in the CoRoT-7 system, which hosts the first known transiting super-Earth. To characterize the high-energy XUV radiation field into which the rocky planets CoRoT-7b and CoRoT-7c are immersed, we analyzed a 25 ks XMM-Newton observation of the host star. Our analysis yields the first clear (3.5σ) X-ray detection of CoRoT-7. We determine a coronal temperature of ≈ 3 MK and an X-ray luminosity of 3 × 1028 erg s-1. The level of XUV irradiation on CoRoT-7b amounts to ≈37 000 erg cm-2 s-1. Current theories for planetary evaporation can only provide an order-of-magnitude estimate for the planetary mass loss; assuming that CoRoT-7b has formed as a rocky planet, we estimate that CoRoT-7b evaporates at a rate of about 1.3 × 1011 g s-1 and has lost ≈4-10 earth masses in total.

X-Ray Emission from the Super-Earth Host GJ 1214

Stellar activity can produce large amounts of high-energy radiation, which is absorbed by the planetary atmosphere leading to irradiation-driven mass loss. We present the detection and an investigation of high-energy emission in a transiting super-Earth host system, GJ 1214, based on XMM-Newton observations. We derive an X-ray luminosity of LX = 7.4 × 1025 erg s-1 and a corresponding activity level of log (LX /L bol) ~ -5.3. Further, we determine a coronal temperature of about ~3.5 MK, which is typical for coronal emission of moderately active low-mass stars. We estimate that GJ 1214 b evaporates at a rate of 1.3× 1010 g s-1 and has lost a total of ≈2-5.6 M ⊕.

Where are the mid-sized flares of ultracool M dwarfs?

We propose to observe the M8.5 dwarf SCR J1845-6357 with XMM-Newton EPIC for 60 ks. Very low-mass M dwarfs show a distinct drop in X-ray luminosity compared to slightly more massive M dwarfs. Surprisingly, this does not happen at the mass threshold where M dwarfs become fully convective (M4), but at significantly lower masses (M8). These very low mass stars seem to have a flaring behaviour different from earlier type stars: they display either occasional large flares or a very low-level "flickering" in their X-ray light curves, but not the canonical power-law flare-energy distribution observed for the Sun and other cool stars. Our aim is to collect a long-duration light curve for one of the most nearby ultracool dwarfs to quantify how its flare-energy distribution differs from earlier type stars.

X-ray driven evaporation of exoplanet atmospheres: discovery of a uniquely suited test system

The evaporation of exoplanetary atmospheres is thought to be driven by high-energy irradiation. However, the actual mass loss rates are not well constrained. Co-I Kipping has recently discovered that the star KOI-314, an M1V dwarf at 65 pc distance, is orbited by two earth-sized planets, the inner one of them rocky and the outer one gaseous (P_orb = 14d and 23d). Other recent works have shown an abundance of small rocky planets in very close orbits around their host stars, suggesting that the stellar high-energy irradiation evaporates away gaseous envelopes. KOI-314 is the first nearby system in which earth-sized planets of both types are detected, allowing us to constrain the efficiency of planetary evaporation if the stellar X-ray irradiation is measured. We therefore propose a 10 ks Chandra ACIS-S pointing to determine the stellar X-ray luminosity and hardness ratio. The accuracy of the orbital solution decreases quickly due to Transit-Timing Variations, which is why we ask for DDT.

Development of chitosan packaging films with carvacrol and grape seed extract as antimicrobial and antioxidant agents

In order to produce packaging films with a broad spectrum of action on microorganisms, the effect of two antimicrobial (AM) to be included in the films, carvacrol and GSE were studied separately on different microorganisms. Carvacrol was more effective against the grampositive bacteria than against the gram-negative bacterium. GSE was not effective against yeast. Subsequently, a search for optimal combinations of carvacrol, GSE and the addition of chitosan (as a third component with film forming properties) was carried out. Response surface analysis showed several synergetic effects and three optimal AM combinations (OAMC) were obtained for each microorganism. The experimental validation confirmed that the optimal solutions found can successfully predict the response for each microorganism. The optimization of mixtures of the three components, but this time, using the same concentration for all microorganisms, was also studied to obtain an OAMC with wide spectrum of activity. The results of the response surface analysis showed several synergistic effects for all microorganisms. Three OAMC, OAMC-1, OAMC-2, OAMC-3, were found to be the optimal mixtures for all microorganisms. The radical scavenging activity (RSA) of the different agents was then compared with a standard antioxidant (AOX) BHT, at different concentrations; as also at the OAMC. The RSA increased in the following order: chitosanluminosity. Being one of the components of GSE, gallic acid (GA) release in water from film-1, film-2 and film-3 was next studied over a 30 day period. The mathematical model for the release of GA based on Fick’s law successfully fitted the experimental data and GA diffusion coefficients, assumed to be Arrhenius temperature dependent were obtained for each film. This work will contribute to the development of environmentally friendly packaging films, resulting in improved food preservation and shelf-life extension.

Impacto da poluição luminosa nas aves marinhas da ilha Terceira

Dissertação de Mestrado em Gestão e Conservação da Natureza.

Disposable solid state probe for optical screening of chlorpromazine

We are presenting a simple, low-cost and rapid solid-state optical probe for screening chlorpromazine (CPZ) in aquacultures. The method exploits the colourimetric reaction between CPZ and Fe(III) ion that occurs at a solid/liquid interface, the solid layer consisting of ferric iron entrapped in a layer of plasticized PVC. If solutions containing CPZ are dropped onto such a layer, a colour change occurs from light yellow to dark pink or even light blue, depending on the concentration of CPZ. Visual inspection enables the concentration of CPZ to be estimated. The resulting colouration was also monitored by digital image collection for a more accurate quantification. The three coordinates of the hue, saturation and lightness system were obtained by standard image processing along with mathematical data treatment. The parameters affecting colour were assessed and optimized. Studies were conducted by visible spectrophotometry and digital image acquisition, respectively. The response of the optimized probe towards the concentration of CPZ was tested for several mathematical transformations of the colour coordinates, and a linear relation was found for the sum of hue and luminosity. The limit of detection is 50 μM (corresponding to about 16 μg per mL). The probe enables quick screening for CPZ in real water samples with prior sample treatment.

Étude spectroscopique d'étoiles naines blanches riches en hélium de type DB et DBA

De nouveaux modèles d'atmosphère sont présentés, incluant les profils de raie d'hélium neutre améliorés de Beauchamp (1995) et le formalisme de probabilité d'occupation pour ce même atome. Ces modèles sont utilisés pour calculer une grille de spectres synthétiques correspondant à des atmosphères riches en hélium et contenant des traces d'hydrogène. Cette grille est utilisée pour déterminer les paramètres atmosphériques principaux des étoiles de notre échantillon, soient la température effective, la gravité de surface et l'abondance d'hydrogène. Notre échantillon contient des spectres visibles de haut rapport signal-sur-bruit pour 102 naines blanches riches en hélium, dont 29 ont été observés au cours de ce projet, ce qui en fait le plus grand échantillon de spectres de qualité de naines blanches riches en hélium. Des spectres synthétiques ont été calculés en utilisant différentes valeurs du paramètre α de la théorie de la longueur de mélange dans le but de calibrer empiriquement la valeur de ce paramètre pour les DB. Afin d'améliorer la précision sur les paramètres atmosphériques de quelques étoiles, nous avons utilisé des spectres couvrant la raie Hα pour mieux déterminer l'abondance d'hydrogène. Finalement, nous avons calculé la distribution de masse de notre échantillon et la fonction de luminosité des DB. La distribution de masse montre une coupure à 0.5 fois la masse solaire qui est prédite par les modèles d'évolution stellaire et dévoile une masse moyenne significativement plus élevée pour les étoiles de type DBA. La masse moyenne de l'ensemble des DB et DBA est très proche de celle des DA. La fonction de luminosité nous permet de calculer que le rapport du nombre de DB sur le nombre de DA vaut environ 25%.

Observations de pulsateurs compacts à l'aide de la caméra Mont4K CCD

Les pulsateurs compacts sont des étoiles présentant des variations intrinsèques de luminosité dont les gravités de surface sont supérieures à 100,000 cm/s² On retrouve parmi ces objets deux familles des sous-naines chaudes de type B (sdB) pulsantes et quatre familles distinctes de naines blanches pulsantes. Dans le but d'observer les pulsations de tels objets pour ensuite analyser leur propriétés grâce à l'astéroséismologie, l'Université de Montréal, en collaboration avec le Imaging Technology Laboratory (ITL - University of Arizona), a développé la caméra Mont4K (Montreal4K) CCD qui est, depuis le printemps 2007, le principal détecteur employé au télescope Kuiper de 1.55 m du Mt Bigelow (Steward Observatory, University of Arizona). à l'aide de ce montage, des observations ont été menées pour quelques-uns de ces pulsateurs compacts. La première cible fut HS 0702+6043, un pulsateur hybride. Une importante mission pour cet objet, réalisée du 1er novembre 2007 au 14 mars 2008, a permis d'identifier 28 modes de pulsations pour cet objet en plus de mettre en évidence pour certains de ces modes d'importantes variations d'amplitude. Deux autres cibles furent les naines blanches pulsantes au carbone de type « Hot DQ » SDSS J220029.08-074121.5 et SDSS J234843.30-094245.3. Il fut possible de montrer de façon indirecte la présence d'un fort champ magnétique à la surface de J220029.08-074121.5 grâce à la présence de la première harmonique du mode principal. En outre, pour ces deux cibles, on a pu conclure que celles-ci font bel et bien partie de la classe des naines blanches pulsantes au carbone.

Recherche d’étoiles jeunes de faible masse dans le voisinage solaire

Formées lors de l’effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz moléculaire, les étoiles naissantes auront différentes masses variant entre 0.08 et environ 100M . La majorité de la population stellaire de la Galaxie est constituée d’étoiles dont la masse est inférieure à environ 0.6 M . Le dernier évènement de formation stellaire dans le voisinage solaire s’est produit dans la bulle locale il y a au plus 100 millions d’années, vraisemblablement provoqué par le passage d’une onde de choc dans le bras local de la Galaxie. C’est ainsi que se formèrent de jeunes associations d’étoiles dont les membres se caractérisent en particulier par une vitesse spatiale et une position commune dans la Galaxie. Les associations jeunes étant peu densément peuplées et relativement proches du Soleil, leurs membres se font plutôt rares et dispersés sur toute la voûte céleste. Jusqu’à présent, surtout les étoiles les plus massives (brillantes) ont été répertoriées. Les étoiles jeunes de faible masse, constituant la majorité de la population, restent pour la plupart à être identifiées. Les étoiles jeunes de faible masse représentent une population clef pour contraindre les modèles évolutifs des étoiles M et des naines brunes. Elles sont également d’excellentes candidates pour chercher des exoplanètes via les techniques d’imagerie directe. Ce mémoire présente une nouvelle méthode utilisant un modèle cinématique enrichi d’une analyse statistique Bayesienne pour identifier des étoiles jeunes de faible masse dans les associations beta Pictoris, Tucana-Horologium et AB Doradus. À partir d’un échantillon de 1080 étoiles K et M, toutes comportant des indicateurs de jeunesse tels l’émission Halpha et une forte luminosité dans les rayons X, leurs propriétés cinématiques (mouvement propre) et photométriques sont analysées pour en extraire 98 candidates hautement probables membres d’une des trois associations. Une confirmation de leur statut comme membre nécessitera en particulier une mesure de leur vitesse radiale (prédit par notre analyse) et une mesure de la largeur équivalente du lithium à 6708 Å pour mieux contraindre leur âge.

Effets de l'atmosphère terrestre sur les spectres de naines brunes

Les naines brunes sont des astres incapables de déclencher et soutenir des réactions nucléaires dans leur cœur. En l’absence de cette source d’énergie, leur luminosité diminue avec le temps jusqu’à leur extinction complète. Leur flux aux longueurs d’onde de 0,8 à 2,35 μm est particulièrement altéré par l’humidité contenue dans l’atmosphère terrestre, ce qui complique l’étude de ces astres. Le but de la présente recherche est de vérifier si la division par un spectre d’étoile A0 est un moyen de corriger l’altération causée par l’atmosphère terrestre sur cette partie de leur spectre. Tout d’abord, des notions, pertinentes à la compréhension de ce travail, sont abordées. L’introduction présente quelques notions sur les naines brunes et sur l’atmosphère terrestre. Le deuxième chapitre concerne le traitement des données. Il traite de la calibration, de la mise en évidence du problème de non-répétabilité de la position de la fente du spectromètre SIMON ainsi que de ses causes. Il porte aussi sur l’uniformisation de la réponse des pixels et de la soustraction du ciel pour extraire les spectres. La méthode employée pour étudier l’effet de l’atmosphère terrestre sur les spectres de naines brunes y est présentée. Le troisième chapitre analyse les résultats obtenus par l’utilisation de l’étoile de référence de type A0 comme calibration pour corriger le spectre de naine brune, en assumant un même effet de l’atmosphère terrestre sur les deux types d’astres. Nous ne pouvons conclure, avec certitude, que l’absorption tellurique affecte de la même façon les deux spectres ni de quelle façon exactement ils sont affectés. Une recherche supplémentaire nécessitant de nouvelles prises de données à des masses d’air et à des taux d’humidité variés est requise.

Étude des collisions proton-proton dans l’expérience ATLAS avec les détecteurs ATLAS-MPX

Les seize détecteurs MPX constituant le réseau ATLAS-MPX ont été placés à différentes positions dans le détecteur ATLAS et sa averne au CERN dans le but de mesurer en emps réel les champs de radiation produits ar des particules primaires (protons des faisceaux) et des particules secondaires (kaons, pions, g, protons) issues des collisions proton-proton. Des films de polyéthylène (PE) et de fluorure de lithium (6LiF) recouvrent les détecteurs afin d’augmenter leur sensibilité aux neutrons produits par les particules primaires et secondaires interagissant avec les matériaux présents dans l’environnement d’ATLAS. La reconnaissance des traces laissées par les particules dans un détecteur ATLAS-MPX se fait à partir des algorithmes du logiciel MAFalda (“Medipix Analysis Framework”) basé sur les librairies et le logiciel d’analyse de données ROOT. Une étude sur le taux d’identifications erronées et le chevauchement d’amas a été faite en reconstruisant les activités des sources 106Ru et 137Cs. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été mesurée à l’aide des sources 252Cf et 241AmBe (neutrons d’énergie moyenne de 2.13 et 4.08 MeV respectivement). La moyenne des efficacités de détection mesurées pour les neutrons produits par les sources 252C f et 241AmBe a été calculée pour les convertisseurs 6LiF et PE et donnent (0.8580 ± 0.1490)% et (0.0254 ± 0.0031)% pour LiF et (0.0510 ± 0.0061)% et (0.0591 ± 0.0063)% pour PE à bas et à haut seuil d’énergie respectivement. Une simulation du calcul de l’efficacité de détection des neutrons dans le détecteur MPX a été réalisée avec le logiciel GEANT4. Des données MPX correspondant aux collisions proton-proton à 2.4 TeV et à 7 TeV dans le centre de masse ont été analysées. Les flux détectés d’électrons et de photons sont particulièrement élevés dans les détecteurs MPX01 et MPX14 car ils sont plus près du point de collision. Des flux de neutrons ont été estimés en utilisant les efficacités de détection mesurées. Une corrélation avec la luminosité du LHC a été établie et on prédit que pour les collisions à 14 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité de 10^34 cm-1*s-1 il y aura environ 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 et 1.6x10^9 ± 6.3x10^7 particules détectées par les détecteurs MPX01 et MPX14 respectivement.

Détection des événements de "Minimum Bias" et neutrons avec les détecteurs ATLAS-MPX par simulations

Un réseau de seize détecteurs ATLAS-MPX a été mis en opération dans le détecteur ATLAS au LHC du CERN. Les détecteurs ATLAS-MPX sont sensibles au champ mixte de radiation de photons et d’électrons dans la caverne d’ATLAS et sont recouverts de convertisseurs de fluorure de lithium et de polyéthylène pour augmenter l’efficacité de détection des neutrons thermiques et des neutrons rapides respectivement. Les collisions à haute énergie sont dominées par des interactions partoniques avec petit moment transverse pT , associés à des événements de “minimum bias”. Dans notre cas la collision proton-proton se produit avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse avec une luminosité de 10³⁴cm⁻²s⁻¹ telle que fixée dans les simulations. On utilise la simulation des événements de "minimum bias" générés par PYTHIA en utilisant le cadre Athena qui fait une simulation GEANT4 complète du détecteur ATLAS pour mesurer le nombre de photons, d’électrons, des muons qui peuvent atteindre les détecteurs ATLASMPX dont les positions de chaque détecteur sont incluses dans les algorithmes d’Athena. Nous mesurons les flux de neutrons thermiques et rapides, générés par GCALOR, dans les régions de fluorure de lithium et de polyéthylène respectivement. Les résultats des événements de “minimum bias” et les flux de neutrons thermiques et rapides obtenus des simulations sont comparés aux mesures réelles des détecteurs ATLAS-MPX.