Relevé spectroscopique et étude des propriétés physiques des étoiles naines blanches à moins de 40 parsecs du Soleil

Les étoiles naines blanches représentent la fin de l’évolution de 97% des étoiles de notre galaxie, dont notre Soleil. L’étude des propriétés globales de ces étoiles (distribution en température, distribution de masse, fonction de luminosité, etc.) requiert l’élaboration d’ensembles statistiquement complets et bien définis. Bien que plusieurs relevés d’étoiles naines blanches existent dans la littérature, la plupart de ceux-ci souffrent de biais statistiques importants pour ce genre d’analyse. L’échantillon le plus représentatif de la population d’étoiles naines blanches demeure à ce jour celui défini dans un volume complet, restreint à l’environnement immédiat du Soleil, soit à une distance de 20 pc (∼ 65 années-lumière) de celui-ci. Malheureusement, comme les naines blanches sont des étoiles intrinsèquement peu lumineuses, cet échantillon ne contient que ∼ 130 objets, compromettant ainsi toute étude statistique significative. Le but de notre étude est de recenser la population d’étoiles naines blanches dans le voisinage solaire a une distance de 40 pc, soit un volume huit fois plus grand. Nous avons ainsi entrepris de répertorier toutes les étoiles naines blanches à moins de 40 pc du Soleil à partir de SUPERBLINK, un vaste catalogue contenant le mouvement propre et les données photométriques de plus de 2 millions d’étoiles. Notre approche est basée sur la méthode des mouvements propres réduits qui permet d’isoler les étoiles naines blanches des autres populations stellaires. Les distances de toutes les candidates naines blanches sont estimées à l’aide de relations couleur-magnitude théoriques afin d’identifier les objets se situant à moins de 40 pc du Soleil, dans l’hémisphère nord. La confirmation spectroscopique du statut de naine blanche de nos ∼ 1100 candidates a ensuite requis 15 missions d’observations astronomiques sur trois grands télescopes à Kitt Peak en Arizona, ainsi qu’une soixantaine d’heures allouées sur les télescopes de 8 m des observatoires Gemini Nord et Sud. Nous avons ainsi découvert 322 nouvelles étoiles naines blanches de plusieurs types spectraux différents, dont 173 sont à moins de 40 pc, soit une augmentation de 40% du nombre de naines blanches connues à l’intérieur de ce volume. Parmi ces nouvelles naines blanches, 4 se trouvent probablement à moins de 20 pc du Soleil. De plus, nous démontrons que notre technique est très efficace pour identifier les étoiles naines blanches dans la région peuplée du plan de la Galaxie. Nous présentons ensuite une analyse spectroscopique et photométrique détaillée de notre échantillon à l’aide de modèles d’atmosphère afin de déterminer les propriétés physiques de ces étoiles, notamment la température, la gravité de surface et la composition chimique. Notre analyse statistique de ces propriétés, basée sur un échantillon presque trois fois plus grand que celui à 20 pc, révèle que nous avons identifié avec succès les étoiles les plus massives, et donc les moins lumineuses, de cette population qui sont souvent absentes de la plupart des relevés publiés. Nous avons également identifié plusieurs naines blanches très froides, et donc potentiellement très vieilles, qui nous permettent de mieux définir le côté froid de la fonction de luminosité, et éventuellement l’âge du disque de la Galaxie. Finalement, nous avons aussi découvert plusieurs objets d’intérêt astrophysique, dont deux nouvelles étoiles naines blanches variables de type ZZ Ceti, plusieurs naines blanches magnétiques, ainsi que de nombreux systèmes binaires non résolus.

Recherche et analyse d'étoiles naines blanches chimiquement stratiées dans le Sloan Digital Sky Survey

Ce mémoire présente une recherche détaillée et une analyse des étoiles naines blanches hybrides chimiquement stratifiées dans le Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Une seule étoile stratifiée, PG 1305-017, était connue avant notre recherche. L'objectif principal est de confirmer l'existence de plusieurs nouvelles étoiles stratifiées. Pour ce faire, il a fallu dans un premier temps développer une nouvelle génération de modèles d'atmosphère à partir de ceux de Bergeron et al. (1991) et Tremblay & Bergeron (2009). Nous y avons ajouté l'opacité de toutes les raies d'hélium et les calculs nécessaires pour tenir compte de la stratification chimique de l'atmosphère, où une mince quantité d’hydrogène flotte en équilibre diffusif au-dessus d’une enveloppe massive d’hélium. En parallèle, nous avons aussi calculé des modèles standards, chimiquement homogènes. Ensuite, nous avons sélectionné des naines blanches chaudes (Teff > 30,000 K) de type spectral hybride (traces d'hélium et d'hydrogène) parmi les ~38,000 naines blanches répertoriées dans le SDSS. Un total de 52 spectres d'étoile a été retenu dans notre échantillon final. La technique spectroscopique, c'est-à-dire l'ajustement des raies spectrales des modèles sur un spectre observé, a été appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon. Nous avons ainsi mesuré la température effective, la gravité de surface et la composition chimique de l'atmosphère de ces étoiles. Par l'ajustement simultané de modèles stratifiés et homogènes, nous avons aussi pu déterminer si les étoiles étaient stratifiées ou non. Nous identifions ainsi 14 naines blanches stratifiées. Nous tirons de ces résultats plusieurs conclusions sur les processus physiques expliquant la présence d'hélium dans l'atmosphère.

Recherche et analyse d'étoiles naines blanches chimiquement stratiées dans le Sloan Digital Sky Survey

Ce mémoire présente une recherche détaillée et une analyse des étoiles naines blanches hybrides chimiquement stratifiées dans le Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Une seule étoile stratifiée, PG 1305-017, était connue avant notre recherche. L'objectif principal est de confirmer l'existence de plusieurs nouvelles étoiles stratifiées. Pour ce faire, il a fallu dans un premier temps développer une nouvelle génération de modèles d'atmosphère à partir de ceux de Bergeron et al. (1991) et Tremblay & Bergeron (2009). Nous y avons ajouté l'opacité de toutes les raies d'hélium et les calculs nécessaires pour tenir compte de la stratification chimique de l'atmosphère, où une mince quantité d’hydrogène flotte en équilibre diffusif au-dessus d’une enveloppe massive d’hélium. En parallèle, nous avons aussi calculé des modèles standards, chimiquement homogènes. Ensuite, nous avons sélectionné des naines blanches chaudes (Teff > 30,000 K) de type spectral hybride (traces d'hélium et d'hydrogène) parmi les ~38,000 naines blanches répertoriées dans le SDSS. Un total de 52 spectres d'étoile a été retenu dans notre échantillon final. La technique spectroscopique, c'est-à-dire l'ajustement des raies spectrales des modèles sur un spectre observé, a été appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon. Nous avons ainsi mesuré la température effective, la gravité de surface et la composition chimique de l'atmosphère de ces étoiles. Par l'ajustement simultané de modèles stratifiés et homogènes, nous avons aussi pu déterminer si les étoiles étaient stratifiées ou non. Nous identifions ainsi 14 naines blanches stratifiées. Nous tirons de ces résultats plusieurs conclusions sur les processus physiques expliquant la présence d'hélium dans l'atmosphère.

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.

Détermination d'une équation d'état moderne du noyau liquide/solide d'une étoile naine blanche

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

The effects of crystallization on the pulsations of white dwarf stars

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

Détermination d'une équation d'état moderne du noyau liquide/solide d'une étoile naine blanche

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

The effects of crystallization on the pulsations of white dwarf stars

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

Evidence for two distinct orthorhombic structures associated with different Tc regimes in LnBa2Cu3O7 − δ (Ln = Nd, Eu, Gd and Dy): A study of the dependence of superconductivity on oxygen stoichiometry

Superconductivity in LnBa2Cu3O7 − δ with Ln = Nd, Eu, Gdand Dy has been investigated as a function of δ, closely following the accompanying changes in crystal structure. Orthorhombic GdBa2Cu3O7 − δ and DyBa2Cu3O7 − δ show a Tc of ≈ 90 K up to δ = 0.2 and a lower Tc plateau (40–50 K) in the δ range 02 to 0.4, similar to that found in YBa2Cu3O7 − δ. The orthorhombic structure II in the lower Tc regions is different from the structure I in the 90 K Tc (low δ) region. The unit cell parameters of the orthorhombic I structure in the high Tc region bear the relationship of a a ≠ b not, vert, similar c/3. This relationship is not seen in the low Tc plateau. The low Tc plateau region does not distinctly manifest itself in NdBa2Cu3O7 − δ just as in LaBa2Cu3O7 − δ.

Analysis of the Gd 4d-XY Auger spectrum using synchrotron radiation

We report the 4d-XY (X, Y = 5p, 4f, and the conduction band) Auger spectra of clean Gd using a monochromatic photon source with energies above and below the 3d threshold. The spectra with higher hv show the existence of intense spectator-hole Auger transitions. Comparison of these spectra with those obtained with a primary electron source allows detailed interpretation of the various features and explains the unusual spin polarization of the electron-induced spectrum reported earlier.

Phase Relations in the System Cu-Gd-O and Gibbs Energy of Formation of CuGd204

The phase relations in the system Cu-Gd-O have been determined at 1273 K by X-ray diffrac- tion, optical microscopy, and electron microprobe analysis of samples equilibrated in quartz ampules and in pure oxygen. Only one ternary compound, CuGd2O4, was found to be stable. The Gibbs free energy of formation of this compound has been measured using the solid-state cell Pt, Cu2O + CuGd2O4 + Gd2O3 // (Y2O3) ZrO2 // CuO + Cu2O, Pt in the temperature range of 900 to 1350 K. For the formation of CuGd2O4 from its binary component oxides, CuO (s) + Gd2O3 (s) → CuGd2O4 (s) ΔG° = 8230 - 11.2T (±50) J mol-1 Since the formation is endothermic, CuGd2O4 becomes thermodynamically unstable with respect to CuO and Gd2O3 below 735 K. When the oxygen partial pressure over CuGd2O4 is lowered, it decomposes according to the reaction 4CuGd2O4 (s) → 4Gd2O3 (s) + 2Cu2O (s) + O2 (g) for which the equilibrium oxygen potential is given by Δμo 2 = −227,970 + 143.2T (±500) J mol−1 An oxygen potential diagram for the system Cu-Gd-O at 1273 K is presented.

Coherent phonons in pyrochlore titanates A(2)Ti(2)O(7) (A = Dy, Gd, Tb): A phase transition in Dy2Ti2O7 at 110 K

We study the generation of coherent optical phonons in spin-frustrated pyrochlore single crystals Dy2Ti2O7, Gd2Ti2O7, and Tb2Ti2O7 using femtosecond laser pulses (65 fs, 1.57 eV) in degenerate time-resolved transmission experiments as a function of temperature from 4 to 296 K. At 4 K, two coherent phonons are observed at similar to 5.3 THz (5.0 THz) and similar to 9.3 THz (9.4 THz) for Dy2Ti2O7 (Gd2Ti2O7), whereas three coherent phonons are generated at similar to 5.0, 8.6, and 9.7 THz for Tb2Ti2O7. In the case of spin-ice Dy2Ti2O7, a clear discontinuity is observed in the linewidths of both the coherent phonons as well as in the phase of lower-energy coherent phonon mode, indicating a subtle structural change at 110 K. Another important observation is a phase difference of pi between the modes in all the samples, thus suggesting that the driving forces behind the generation of these modes could be different in nature, unlike a purely impulsive or displacive mechanism.

Phosphate derivatives of 123 cuprates of the formula LnSr(2)Cu(3)O(7) (Ln=Gd, Dy, Ho)

Partial substitution of Cu in the chain by the phosphate ion stabilizes LnSr(2)Cu(3)O(7) (Ln = Gd, Dy or Ho) in the 123 structure. The LnSr(2)Cu(2.8)(PO4)(0.2)O-y derivatives exhibit incommensurately modulated structures. The holmium oxy-phosphate derivative has been rendered superconducting by the partial substitution of Ho by Ca.

Photocytotoxicity and DNA photocleavage activity of La(III) and Gd(III) complexes of phenanthroline bases

Lanthanide(II) complexes La(B)(acac)(3)] (1-3) and Gd(B)(acac)(3)] (4-6), where B is a N,N-donor phenanthroline base, viz., 1,10-phenanthroline (phen in 1, 4), dipyrido3,2-d:2',3'-f]quinoxaline (dpq in 2, 5) and dipyrido3,2-a:2',3'-c]phenazine (dppz in 3, 6), have been prepared and characterized. The Gd(111) complexes 4 6 are structurally characterized by single crystal X-ray crystallography. The complexes display GdO6N2 coordination with the ligands showing bidentate chelating mode of bonding. The complexes are non-electrolytic in aqueous DMF and exhibit ligand-centered absorption bands in the UV region. The dppz complexes show a band at 380 nm in DMF. The La(111) complexes are diamagnetic. The Gd(III) complexes are paramagnetic with magnetic moment that corresponds to seven unpaired electrons. The Complexes are avid binders to calf thymus DNA giving K-b values in the range of 4.7 x 10(4) 6.1 x 10(5) M-1 with a relative binding order: 3, 6 (dppz) > 2, 5 (dpq) > 1, 4 (phen). The binding data suggest DNA surface and/or groove binding nature of the complexes. The dpq and dppz complexes efficiently cleave SC DNA to its nicked circular form in UV-A light of 365 nm via formation of both singlet oxygen (O-1(2)) and hydroxyl radical (HO center dot) species. The dppz complexes 3 and 6 exhibit significant PDT effect in He La cervical cancer cells giving respective IC50 value of 460(+/- 50) and 530(+/- 30) nM in UV-A light of 365 rim, and are essentially non-toxic in dark with an IC50 value of >100 mu M. The dppz ligand alone is cytotoxic in dark and UV-A light. A significant decrease in the dark toxicity of the dppz base is observed on binding to the Ln(III) ion while retaining its photocytotoxicity.

Thermodynamic properties of oxygen in RE-O (RE = Gd, Tb, Dy, Er) solid solutions

The oxygen potentials of four rare-earth metal – oxygen (RE–O: RE=Gd, Dy, Tb, Er) solid solutions have been measured by equilibration with yttrium – oxygen (Y–O) and titanium – oxygen (Ti–O) solid solutions. Rare-earth metal, yttrium and titanium samples were immersed in calcium-saturated CaCl2 melt at temperatures between 1093 and 1233 K. Homogeneous oxygen potential was established in the metallic samples through the fused salt, which contains some dissolved CaO. The metallic samples were analyzed for oxygen after quenching. The oxygen potentials of RE–O solid solutions were determined using either Y–O or Ti–O solid solution as the reference. This method enabled reliable measurement of extremely low oxygen potentials at high temperature (circa pO2=10−48 atm at 1173 K). It was found that the oxygen affinity of the metals decreases in the order: Y>Er>Dy>Tb>Gd>Ti. Values for the standard Gibbs energy of solution of oxygen in RE metals obtained in this study, permit assessment of the extent of deoxidation that can be achieved with various purification techniques. It may be possible to achieve an oxygen level of 10 mass ppm using an electrochemical deoxidation method.