Ionisation and discharge in cloud-forming atmospheres of brown dwarfs and extrasolar planets

Brown dwarfs and giant gas extrasolar planets have cold atmospheres with rich chemical compositions from which mineral cloud particles form. Their properties, like particle sizes and material composition, vary with height, and the mineral cloud particles are charged due to triboelectric processes in such dynamic atmospheres. The dynamics of the atmospheric gas is driven by the irradiating host star and/or by the rotation of the objects that changes during its lifetime. Thermal gas ionisation in these ultra-cool but dense atmospheres allows electrostatic interactions and magnetic coupling of a substantial atmosphere volume. Combined with a strong magnetic field , a chromosphere and aurorae might form as suggested by radio and x-ray observations of brown dwarfs. Non-equilibrium processes like cosmic ray ionisation and discharge processes in clouds will increase the local pool of free electrons in the gas. Cosmic rays and lighting discharges also alter the composition of the local atmospheric gas such that tracer molecules might be identified. Cosmic rays affect the atmosphere through air showers in a certain volume which was modelled with a 3D Monte Carlo radiative transfer code to be able to visualise their spacial extent. Given a certain degree of thermal ionisation of the atmospheric gas, we suggest that electron attachment to charge mineral cloud particles is too inefficient to cause an electrostatic disruption of the cloud particles. Cloud particles will therefore not be destroyed by Coulomb explosion for the local temperature in the collisional dominated brown dwarf and giant gas planet atmospheres. However, the cloud particles are destroyed electrostatically in regions with strong gas ionisation. The potential size of such cloud holes would, however, be too small and might occur too far inside the cloud to mimic the effect of, e.g. magnetic field induced star spots.

Proper-motion binaries in the Hipparcos catalogue: comparison with radial velocity data

Context. This paper is the last in a series devoted to the analysis of the binary content of the Hipparcos Catalogue. Aims. The comparison of the proper motions constructed from positions spanning a short (Hipparcos) or long time (Tycho-2) makes it possible to uncover binaries with periods of the order of or somewhat larger than the short time span (in this case, the 3 yr duration of the Hipparcos mission), since the unrecognised orbital motion will then add to the proper motion. Methods. A list of candidate proper motion binaries is constructed from a carefully designed χ2 test evaluating the statistical significance of the difference between the Tycho-2 and Hipparcos proper motions for 103 134 stars in common between the two catalogues (excluding components of visual systems). Since similar lists of proper-motion binaries have already been constructed, the present paper focuses on the evaluation of the detection efficiency of proper-motion binaries, using different kinds of control data (mostly radial velocities). The detection rate for entries from the Ninth Catalogue of Spectroscopic Binary Orbits (SB9) is evaluated, as well as for stars like barium stars, which are known to be all binaries, and finally for spectroscopic binaries identified from radial velocity data in the Geneva-Copenhagen survey of F and G dwarfs in the solar neighbourhood. Results. Proper motion binaries are efficiently detected for systems with parallaxes in excess of ∼20 mas, and periods in the range 1000-30 000 d. The shortest periods in this range (1000-2000 d, i.e. once to twice the duration of the Hipparcos mission) may appear only as DMSA/G binaries (accelerated proper motion in the Hipparcos Double and Multiple System Annex). Proper motion binaries detected among SB9 systems having periods shorter than about 400 d hint at triple systems, the proper-motion binary involving a component with a longer orbital period. A list of 19 candidate triple systems is provided. Binaries suspected of having low-mass (brown-dwarf-like) companions are listed as well. Among the 37 barium stars with parallaxes larger than 5 mas, only 7 exhibit no evidence for duplicity whatsoever (be it spectroscopic or astrometric). Finally, the fraction of proper-motion binaries shows no significant variation among the various (regular) spectral classes, when due account is taken for the detection biases. © ESO 2007.

Rotation periods of exoplanet host stars

The stellar rotation periods of 10 exoplanet host stars have been determined using newly analysed CaII H&K flux records from the Mount Wilson Observatory and Strömgren b, y photometric measurements from Tennessee State University's automatic photometric telescopes at the Fairborn Observatory. Five of the rotation periods have not previously been reported, with that of HD 130322 very strongly detected at Prot = 26.1 +/- 3.5 d. The rotation periods of five other stars have been updated using new data. We use the rotation periods to derive the line-of-sight inclinations of the stellar rotation axes, which may be used to probe theories of planet formation and evolution when combined with the planetary orbital inclination found from other methods. Finally, we estimate the masses of 14 exoplanets under the assumption that the stellar rotation axis is aligned with the orbital axis. We calculate the mass of HD 92788 b (28 MJ) to be within the low-mass brown dwarf regime and suggest that this object warrants further investigation to confirm its true nature.

The anomaly in the candidate microlensing event PA-99-N2

The light curve of PA-99-N2, one of the recently announced microlensing candidates toward M31, shows small deviations from the standard Paczynski form. We explore a number of possible explanations, including correlations with the seeing, the parallax effect, and a binary lens. We find that the observations are consistent with an unresolved red giant branch or asymptotic giant branch star in M31 being microlensed by a binary lens. We find that the best-fit binary lens mass ratio is similar to1.2x10(-2), which is one of the most extreme values found for a binary lens so far. If both the source and lens lie in the M31 disk, then the standard M31 model predicts the probable mass range of the system to be 0.02-3.6 M-circle dot (95% confidence limit). In this scenario, the mass of the secondary component is therefore likely to be below the hydrogen-burning limit. On the other hand, if a compact halo object in M31 is lensing a disk or spheroid source, then the total lens mass is likely to lie between 0.09 and 32 M-circle dot, which is consistent with the primary being a stellar remnant and the secondary being a low-mass star or brown dwarf. The optical depth (or, alternatively, the differential rate) along the line of sight toward the event indicates that a halo lens is more likely than a stellar lens, provided that dark compact objects comprise no less than 15% (or 5%) of halos.

Imagerie à haut contraste et caractérisation d'exoplanètes par la spectroscopie intégrale de champ

Cette thèse porte sur l’amélioration des techniques d’imagerie à haut-contraste permettant la détection directe de compagnons à de faibles séparations de leur étoile hôte. Plus précisément, elle s’inscrit dans le développement du Gemini Planet Imager (GPI) qui est un instrument de deuxième génération pour les télescopes Gemini. Cette caméra utilisera un spectromètre à champ intégral (SCI) pour caractériser les compagnons détectés et pour réduire le bruit de tavelure limitant leur détection et corrigera la turbulence atmosphérique à un niveau encore jamais atteint en utilisant deux miroirs déformables dans son système d’optique adaptative (OA) : le woofer et le tweeter. Le woofer corrigera les aberrations de basses fréquences spatiales et de grandes amplitudes alors que le tweeter compensera les aberrations de plus hautes fréquences ayant une plus faible amplitude. Dans un premier temps, les performances pouvant être atteintes à l’aide des SCIs présentement en fonction sur les télescopes de 8-10 m sont investiguées en observant le compagnon de l’étoile GQ Lup à l’aide du SCI NIFS et du système OA ALTAIR installés sur le télescope Gemini Nord. La technique de l’imagerie différentielle angulaire (IDA) est utilisée pour atténuer le bruit de tavelure d’un facteur 2 à 6. Les spectres obtenus en bandes JHK ont été utilisés pour contraindre la masse du compagnon par comparaison avec les prédictions des modèles atmosphériques et évolutifs à 8−60 MJup, où MJup représente la masse de Jupiter. Ainsi, il est déterminé qu’il s’agit plus probablement d’une naine brune que d’une planète. Comme les SCIs présentement en fonction sont des caméras polyvalentes pouvant être utilisées pour plusieurs domaines de l’astrophysique, leur conception n’a pas été optimisée pour l’imagerie à haut-contraste. Ainsi, la deuxième étape de cette thèse a consisté à concevoir et tester en laboratoire un prototype de SCI optimisé pour cette tâche. Quatre algorithmes de suppression du bruit de tavelure ont été testés sur les données obtenues : la simple différence, la double différence, la déconvolution spectrale ainsi qu’un nouvel algorithme développé au sein de cette thèse baptisé l’algorithme des spectres jumeaux. Nous trouvons que l’algorithme des spectres jumeaux est le plus performant pour les deux types de compagnons testés : les compagnons méthaniques et non-méthaniques. Le rapport signal-sur-bruit de la détection a été amélioré d’un facteur allant jusqu’à 14 pour un compagnon méthanique et d’un facteur 2 pour un compagnon non-méthanique. Dernièrement, nous nous intéressons à certains problèmes liés à la séparation de la commande entre deux miroirs déformables dans le système OA de GPI. Nous présentons tout d’abord une méthode utilisant des calculs analytiques et des simulations Monte Carlo pour déterminer les paramètres clés du woofer tels que son diamètre, son nombre d’éléments actifs et leur course qui ont ensuite eu des répercussions sur le design général de l’instrument. Ensuite, le système étudié utilisant un reconstructeur de Fourier, nous proposons de séparer la commande entre les deux miroirs dans l’espace de Fourier et de limiter les modes transférés au woofer à ceux qu’il peut précisément reproduire. Dans le contexte de GPI, ceci permet de remplacer deux matrices de 1600×69 éléments nécessaires pour une séparation “classique” de la commande par une seule de 45×69 composantes et ainsi d’utiliser un processeur prêt à être utilisé plutôt qu’une architecture informatique plus complexe.

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.

Détection de nouvelles candidates au rang de naines brunes de types spectraux plus tardifs que T5 avec le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)

Les naines brunes sont, en termes de masse, les objets astrophysiques intermédiaires entre les planètes géantes gazeuses et les étoiles de faible masse. Elles se forment de la même manière que les étoiles, par contraction gravitationnelle d’un fragment de nuage de gaz moléculaire ayant atteint la limite de Jeans, mais se différencient par leur incapa- cité à produire les réactions de fusion de l’hydrogène dans leur cœur. Les naines brunes sont par conséquent des objets qui se refroidissent graduellement, et dont les propriétés spectrales évoluent au cours du temps. Ce mémoire présente la recherche de nouvelles candidates de type spectral T tardif et Y, dans le but de compléter le relevé des naines brunes du voisinage solaire. Cette recherche est motivée par deux objectifs principaux. Premièrement, un échantillon com- plet des objets de faible masse est nécessaire pour contraindre correctement la limite aux faibles masses de la fonction de masse initiale des nuages interstellaires, problème clé en astrophysique actuellement. Deuxièmement, les naines brunes de types spectraux tardifs sont les objets stellaires dont les propriétés atmosphériques sont les plus semblables à celles des planètes géantes gazeuses. Par conséquent, la recherche de nouvelles naines brunes permet indirectement d’améliorer nos connaissances des exoplanètes, sans être contraints par la proximité d’étoiles brillantes. À partir du WISE All-Sky Source Catalog, nous avons établi un échantillon de 55 candidates naines brunes répondant aux critères photométriques attendus. Parmi ces can- didates, 17 ont fait l’objet d’un suivi photométrique en bande J à l’Observatoire du Mont-Mégantic, et 9 ont pu être détectées. De ces 9 détections, 4 objets présentent des mouvements propres cohérents avec ceux de naines brunes.

Dispersion de la couleur J-K des naines brunes de type L2

Les naines brunes sont des objets de masse intermédiaire entre celle nécessaire pour former une étoile et celle d'une planète. Les naines brunes sont classées, des plus chaudes aux plus froides, en types spectraux L, T et Y, caractérisés par une couleur J-K moyenne qui varie de 1.2 à 1.8 pour les étoiles de type L0 à L8, et de 1.8 à -0.5 pour les étoiles de type L8 à T8. Par ailleurs, la couleur J-K de certains types spectraux présente une dispersion de l'ordre d'une magnitude. Ce travail tente de faire la lumière sur la nature de cette grande dispersion, présente dans la couleur J-K des naines brunes de type L2. Les observations ont été réalisées avec la caméra infrarouge CPAPIR à l'Observatoire du Mont Mégantic. Nous avons ciblé un total de 22 naines brunes qui ont été observées en K, et 12 parmi celles-ci ont aussi été observées en J. Chacune des naines brunes a été calibrée à l'aide d'une étoile standard, ce qui rend nos résultats indépendants des données 2MASS. Nous observons une corrélation entre les couleurs J-K de nos données et de celles de 2MASS. Cela montre que la grande dispersion en J-K de nos données et des données 2MASS est due aux propriétés physiques des naines brunes et non à des erreurs observationnelles. L'examen des facteurs qui pourraient être responsables de cette grande dispersion, soit la classification spectrale, la métallicité, la gravité de surface, une binarité non résolue, la présence de nuages de condensats et la rotation, montre que la gravité de surface serait le facteur le plus susceptible d'être responsable de la grande dispersion des valeurs de J-K.

Recherche et caractérisation de systèmes binaires dont l'une des composantes est de faible masse

Nous présentons la découverte de quatorze nouveaux systèmes binaires ayant une séparation supérieure à 250 UA et dont au moins l'une des composantes est une naine M ou une naine L. Ces systèmes ont d'abord été identifiés en cherchant des objets ayant un mouvement propre commun autour d'étoiles connues possédant un mouvement propre élevé, grâce à une corrélation croisée de grands relevés du ciel dans l'infrarouge proche (2MASS, SDSS et SIMP). Un suivi astrométrique, afin de confirmer le mouvement propre commun, a été réalisé sur toutes les cibles avec la caméra SIMON et/ou la caméra CPAPIR à l'Observatoire du Mont-Mégatic (OMM) ou à l'Observatoire interaméricain du Cerro Tololo (CTIO). Un suivi spectroscopique a aussi été effectué sur la plupart des compagnons avec GMOS ou GNIRS à Gemini afin de déterminer leurs types spectraux. La probabilité que deux objets forment un système binaire par hasard a été évaluée afin de s'assurer que les couples candidats que nous présentons soient réellement liés.Un de nos nouveaux systèmes a un compagnon de masse sous-stellaire : 2M1259+1001 (L4.5). L'étude des systèmes que nous avons découverts pourra, entre autre, nous aider à mieux comprendre les mécanismes de formation des étoiles de très faible masse et des naines brunes.

La recherche de naines brunes et étoiles de faible masse dans les associations cinématiques jeunes du voisinage solaire

L’objectif principal de cette thèse est d’identifier les étoiles de faible masse et naines brunes membres d’associations cinématiques jeunes du voisinage solaire. Ces associations sont typiquement âgées de moins de 200 millions d’années et regroupent chacune un ensemble d’étoiles s’étant formées au même moment et dans un même environnement. La majorité de leurs membres d'environ plus de 0.3 fois la masse du Soleil sont déjà connus, cependant les membres moins massifs (et moins brillants) nous échappent encore. Leur identification permettra de lever le voile sur plusieurs questions fondamentales en astrophysique. En particulier, le fait de cibler des objets jeunes, encore chauds et lumineux par leur formation récente, permettra d’atteindre un régime de masses encore peu exploré, jusqu'à seulement quelques fois la masse de Jupiter. Elles nous permettront entre autres de contraindre la fonction de masse initiale et d'explorer la connection entre naines brunes et exoplanètes, étant donné que les moins massives des naines brunes jeunes auront des propriétés physiques très semblables aux exoplanètes géantes gazeuses. Pour mener à bien ce projet, nous avons adapté l'outil statistique BANYAN I pour qu'il soit applicable aux objets de très faibles masses en plus de lui apporter plusieurs améliorations. Nous avons entre autres inclus l'utilisation de deux diagrammes couleur-magnitude permettant de différencier les étoiles de faible masse et naines brunes jeunes à celles plus vieilles, ajouté l'utilisation de probabilités a priori pour rendre les résultats plus réalistes, adapté les modèles spatiaux et cinématiques des associations jeunes en utilisant des ellipsoïdes gaussiennes tridimensionnelles dont l'alignement des axes est libre, effectué une analyse Monte Carlo pour caractériser le taux de faux-positifs et faux-négatifs, puis revu la structure du code informatique pour le rendre plus efficace. Dans un premier temps, nous avons utilisé ce nouvel algorithme, BANYAN II, pour identifier 25 nouvelles candidates membres d'associations jeunes parmi un échantillon de 158 étoiles de faible masse (de types spectraux > M4) et naines brunes jeunes déjà connues. Nous avons ensuite effectué la corrélation croisée de deux catalogues couvrant tout le ciel en lumière proche-infrarouge et contenant ~ 500 millions d’objets célestes pour identifier environ 100 000 candidates naines brunes et étoiles de faible masse du voisinage solaire. À l'aide de l'outil BANYAN II, nous avons alors identifié quelques centaines d'objets appartenant fort probablement à une association jeune parmi cet échantillon et effectué un suivi spectroscopique en lumière proche-infrarouge pour les caractériser. Les travaux présentés ici ont mené à l'identification de 79 candidates naines brunes jeunes ainsi que 150 candidates étoiles de faible masse jeunes, puis un suivi spectroscopique nous a permis de confirmer le jeune âge de 49 de ces naines brunes et 62 de ces étoiles de faible masse. Nous avons ainsi approximativement doublé le nombre de naines brunes jeunes connues, ce qui a ouvert la porte à une caractérisation statistique de leur population. Ces nouvelles naines brunes jeunes représentent un laboratoire idéal pour mieux comprendre l'atmosphère des exoplanètes géantes gazeuses. Nous avons identifié les premiers signes d’une remontée dans la fonction de masse initiale des naines brunes aux très faibles masses dans l'association jeune Tucana-Horologium, ce qui pourrait indiquer que l’éjection d’exoplanètes joue un rôle important dans la composition de leur population. Les résultats du suivi spectroscopique nous ont permis de construire une séquence empirique complète pour les types spectraux M5-L5 à l'âge du champ, à faible (β) et très faible (γ) gravité de surface. Nous avons effectué une comparaison de ces données aux modèles d'évolution et d'atmosphère, puis nous avons construit un ensemble de séquences empiriques de couleur-magnitude et types spectraux-magnitude pour les naines brunes jeunes. Finalement, nous avons découvert deux nouvelles exoplanètes par un suivi en imagerie directe des étoiles jeunes de faible masse identifiées dans ce projet. La future mission GAIA et le suivi spectroscopique complet des candidates présentées dans cette thèse permettront de confirmer leur appartenance aux associations jeunes et de contraindre la fonction de masse initiale dans le régime sous-stellaire.

Radiative association of Ti and O atoms

Rate coefficients for the radiative association of titanium and oxygen atoms to form the titanium monoxide (TiO) molecule are estimated. The radiative association of Ti(F-3) and O(P-3) atoms is dominated by an approach along the C-3 Delta potential energy curve, accompanied by spontaneous emission into the X-3 Delta ground state of TiO. For temperatures ranging from 300-14 000 K, the total rate coefficients are found to vary from 4.76 x 10(-17) to 9.96 x 10(-17) cm(3) s(-1), respectively.

THE GEMINI NICI PLANET-FINDING CAMPAIGN: DISCOVERY OF A MULTIPLE SYSTEM ORBITING THE YOUNG A STAR HD 1160

We report the discovery of two low-mass companions to the young A0V star HD 1160 at projected separations of 81 +/- 5 AU (HD 1160 B) and 533 +/- 25 AU (HD 1160 C) by the Gemini NICI Planet-Finding Campaign. Very Large Telescope images of the system taken over a decade for the purpose of using HD 1160 A as a photometric calibrator confirm that both companions are physically associated. By comparing the system to members of young moving groups and open clusters with well-established ages, we estimate an age of 50(-40)(+50) Myr for HD 1160 ABC. While the UVW motion of the system does not match any known moving group, the small magnitude of the space velocity is consistent with youth. Near-IR spectroscopy shows HD 1160 C to be an M3.5 +/- 0.5 star with an estimated mass of 0.22(-0.04)(+0.03) M-circle dot, while NIR photometry of HD 1160 B suggests a brown dwarf with a mass of 33(-9)(+12) M-Jup. The very small mass ratio (0.014) between the A and B components of the system is rare for A star binaries, and would represent a planetary-mass companion were HD 1160 A to be slightly less massive than the Sun.

Determination of dynamical and physical parameters of the system CoRoT 3

The two main tools to determine the dynamical and physical parameters of exoplanet systems are the radial velocity (RV) measurements and, when available, transit timings. The two techniques are complementary: The RV's allow us to know some of the orbital elements while the transit timings allow us to obtain the orbital inclination and planetary radius, impossible of obtain from the RV, and to resolve the indetermination in the determination of the planet mass from the RV's. The space observation of transiting planets is however not limited to transit times. They extend to long periods of time and are precise enough to provide information on variations along the orbit. Besides the effects of stellar rotation, deserve mention the Doppler shift in the radiation flux, as consequence of stellar movement around the center of mass, or Beaming Effect (BE); the Ellipsoidal Variability (EV) due to the tidal deformation of the star due to the gravitation of its close companion; and the Reflection (ER) of the stellar radiation incident on the planet and re-emitted to the observer. In the case of large hot Jupiters, these effects are enhanced by the strong gravitational interaction and the analysis of the light variation allows us independent estimates of the mass and radius of planet. The planetary system CoRoT 3 is favorable for such analysis. In this case, the secondary is a brown dwarf whose mass is of the order of 22Mj. We show results obtained from the analysis of 35 RV measurements, 236999 photometric observations and 11 additional RV observations made during a transit to determine the star rotation via the Rossiter-McLaughlin effect. The results obtained from this determination are presented in this communication. The results are compared to those resulting from other determinations.

The Gemini NICI planet-finding campaign: the frequency of giant planets around young B and A stars

We have carried out high contrast imaging of 70 young, nearby B and A stars to search for brown dwarf and planetary companions as part of the Gemini NICI Planet-Finding Campaign. Our survey represents the largest, deepest survey for planets around high-mass stars (≈1.5-2.5 M ☉) conducted to date and includes the planet hosts β Pic and Fomalhaut. We obtained follow-up astrometry of all candidate companions within 400 AU projected separation for stars in uncrowded fields and identified new low-mass companions to HD 1160 and HIP 79797. We have found that the previously known young brown dwarf companion to HIP 79797 is itself a tight (3 AU) binary, composed of brown dwarfs with masses 58$^{+21}_{-20}$ M Jup and 55$^{+20}_{-19}$ M Jup, making this system one of the rare substellar binaries in orbit around a star. Considering the contrast limits of our NICI data and the fact that we did not detect any planets, we use high-fidelity Monte Carlo simulations to show that fewer than 20% of 2 M ☉ stars can have giant planets greater than 4 M Jup between 59 and 460 AU at 95% confidence, and fewer than 10% of these stars can have a planet more massive than 10 M Jup between 38 and 650 AU. Overall, we find that large-separation giant planets are not common around B and A stars: fewer than 10% of B and A stars can have an analog to the HR 8799 b (7 M Jup, 68 AU) planet at 95% confidence. We also describe a new Bayesian technique for determining the ages of field B and A stars from photometry and theoretical isochrones. Our method produces more plausible ages for high-mass stars than previous age-dating techniques, which tend to underestimate stellar ages and their uncertainties.

Low-resolution spectroscopy and spectral energy distributions of selected sources towards σ Orionis

Aims. We study in detail nine sources in the direction of the young σ Orionis cluster, which is considered to be a unique site for studying stellar and substellar formation. The nine sources were selected because of their peculiar properties, such as extremely-red infrared colours or excessively strong Hα emission for their blue optical colours. Methods. We acquired high-quality, low-resolution spectroscopy (R ∼ 500) of the nine targets with ALFOSC at the Nordic Optical Telescope. We also re-analysed [24]-band photometry from MIPS/Spitzer and compiled the highest quality photometric dataset available at the ViJHK_s passbands and the four IRAC/Spitzer channels, for constructing accurate spectral energy distributions between 0.55 and 24 μm. Results. The nine targets were classified into: one Herbig Ae/Be star with a scattering edge-on disc; two G-type stars; one X-ray flaring, early-M, young star with chromospheric Hα emission; one very low-mass, accreting, young spectroscopic binary; two young objects at the brown-dwarf boundary with the characteristics of classical T Tauri stars; and two emission-line galaxies, one undergoing star formation, and another whose spectral energy distribution is dominated by an active galactic nucleus. We also discovered three infrared sources associated with overdensities in a cold cloud of the cluster centre. Conclusions. Low-resolution spectroscopy and spectral energy distributions are a vital tool for measuring the physical properties and evolution of young stars and candidates in the σ Orionis cluster.