The spotty donor star in the X-ray transient Cen X-4

We accurately determine the fundamental system parameters of the neutron star X-ray transient Cen X-4 solely using phase-resolved high-resolution UV-Visual Echelle Spectrograph spectroscopy. We first determine the radial-velocity curve of the secondary star and then model the shape of the phase-resolved absorption line profiles using an X-ray binary model. The model computes the exact rotationally broadened, phase-resolved spectrum and does not depend on assumptions about the rotation profile, limb-darkening coefficients and the effects of contamination from an accretion disc. We determine the secondary star-to-neutron star binary mass ratio to be 0.1755 ± 0.0025, which is an order of magnitude more accurate than previous estimates. We also constrain the inclination angle to be 32^{+8}_{-2} degrees. Combining these values with the results of the radial-velocity study gives a neutron star mass of 1.94^{+0.37}_{-0.85}M⊙ consistent with previous estimates. Finally, we perform the first Roche tomography reconstruction of the secondary star in an X-ray binary. The tomogram reveals surface inhomogeneities that are due to the presence of cool starspots. A large cool polar spot, similar to that seen in Doppler images of rapidly rotating isolated stars, is present on the Northern hemisphere of the K7 secondary star and we estimate that ~4 percent of the total surface area of the donor star is covered with spots.This evidence for starspots supports the idea that magnetic braking plays an important role in the evolution of low-mass X-ray binaries.

Pre-Main-Sequence Accretion in the Low Metallicity Galactic Star-forming Region Sh 2-284

We present optical spectra of pre-main-sequence (PMS) candidates around the Ha region taken with the Southern African Large Telescope in the low metallicity (Z) Galactic region Sh 2-284, which includes the open cluster Dolidze 25 with an atypical low metallicity of Z similar to 1/5 Z(circle dot). It has been suggested on the basis of both theory and observations that PMS mass-accretion rates, (M) over dot(acc), are a function of Z. We present the first sample of spectroscopic estimates of mass-accretion rates for PMS stars in any low-Z star-forming region. Our data set was enlarged with literature data of H alpha emission in intermediate-resolution R-band spectroscopy. Our total sample includes 24 objects spanning a mass range between 1 and 2 M-circle dot and with a median age of approximately 3.5 Myr. The vast majority (21 out of 24) show evidence for a circumstellar disk on the basis of Two Micron All Sky Survey and Spitzer infrared photometry. We find (M) over dot(acc) in the 1-2 M-circle dot interval to depend quasi-quadratically on stellarmass, with (M) over dot(acc) proportional to M-*(2.4 +/- 0.35), and inversely with stellar age, with (M) over dot(acc) proportional to t(*)(-0.7 +/- 0.4). Furthermore, we compare our spectroscopic (M) over dot(acc) measurements with solar Z Galactic PMS stars in the same mass range, but, surprisingly find no evidence for a systematic change in (M) over dot(acc) with Z. We show that literature accretion-rate studies are influenced by detection limits, and we suggest that (M) over dot(acc) may be controlled by factors other than Z(*), M-*, and age.

Calculs de modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux pour les étoiles de type sdO : le cas particulier de SDSS J1600+0748

Nous présentons nos grilles de modèles d'atmosphères pour les étoiles sous-naines chaudes de type O (sdO) soit : des modèles classiques hors-ETL H, He, des modèles hors-ETL avec, en plus, du C, N, O et finalement des modèles incluant C, N, O, Fe. En utilisant les raies de Balmer et d'hélium dans le domaine du visible, nous avons fait des comparaisons entre les spectres théoriques de nos différentes grilles afin de caractériser les effets des métaux. On trouve que ces effets dépendent à la fois de la température et de la gravité. De plus, l'abondance d'hélium a une influence importante sur les effets des métaux; une abondance d'hélium faible (log N(He)/N(H) < -1,5) occasionne des effets assez importants alors qu'une abondance plus élevée tend à réduire ces mêmes effets. Nous avons aussi trouvé que l'ajout du fer (en abondance solaire) ne cause que des changements relativement faibles à la structure en température et, par le fait même, aux profils des raies d'hydrogène et d'hélium, par rapport aux changements déjà produits par le C, N, O (en abondance solaire). Nous avons utilisé nos grilles pour faire une analyse spectroscopique du spectre à haut signal sur bruit (180) et basse résolution (9 Å) de SDSS J160043.6+074802.9 obtenu au télescope Bok. Notre meilleure ajustement a été obtenu avec notre grille de spectres synthétiques incluant C, N, O et Fe en quantité solaire, menant aux paramètres suivants : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6,09 ± 0,07, and log N(He)/N(H) = -0,64 ± 0,05, où les incertitudes proviennent uniquement de la procédure d'ajustement. Ces paramètres atmosphériques, particulièrement la valeur de l'abondance d'hélium, placent notre étoile dans une région où les effets des métaux ne sont pas très marqués.

Analyse des paramètres atmosphériques des étoiles naines blanches dans le voisinage solaire

Ce mémoire présente une analyse homogène et rigoureuse de l’échantillon d’étoiles naines blanches situées à moins de 20 pc du Soleil. L’objectif principal de cette étude est d’obtenir un modèle statistiquement viable de l’échantillon le plus représentatif de la population des naines blanches. À partir de l’échantillon défini par Holberg et al. (2008), il a fallu dans un premier temps réunir le plus d’information possible sur toutes les candidates locales sous la forme de spectres visibles et de données photométriques. En utilisant les modèles d’atmosphère de naines blanches les plus récents de Tremblay & Bergeron (2009), ainsi que différentes techniques d’analyse, il a été permis d’obtenir, de façon homogène, les paramètres atmosphériques (Teff et log g) des naines blanches de cet échantillon. La technique spectroscopique, c.-à-d. la mesure de Teff et log g par l’ajustement des raies spectrales, fut appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon pour lesquelles un spectre visible présentant des raies assez fortes était disponible. Pour les étoiles avec des données photométriques, la distribution d’énergie combinée à la parallaxe trigonométrique, lorsque mesurée, permettent de déterminer les paramètres atmosphériques ainsi que la composition chimique de l’étoile. Un catalogue révisé des naines blanches dans le voisinage solaire est présenté qui inclut tous les paramètres atmosphériques nouvellement determinés. L’analyse globale qui en découle est ensuite exposée, incluant une étude de la distribution de la composition chimique des naines blanches locales, de la distribution de masse et de la fonction luminosité.

Relevé et analyse spectroscopiques d'étoiles naines blanches brillantes et riches en hydrogène

Nous présentons un relevé et une analyse spectroscopiques de plus de 1300 naines blanches brillantes (V < 17.5) et riches en hydrogène. Des spectres dans le domaine du visible avec un rapport signal-sur-bruit élevé ont été obtenus et les données ont ensuite été analysées avec notre méthode spectroscopique habituelle qui compare les profils observés des raies de Balmer à des spectres synthétiques calculés à partir de la dernière génération de modèles d’atmosphère. D’abord, nous présentons une analyse détaillée de 29 naines blanches de type DAO utilisant une nouvelle grille de modèles qui inclut du carbone, de l’azote et de l’oxygène aux abondances solaires. Nous démontrons que l’ajout de ces métaux dans les modèles d’atmosphère est essentiel pour surmonter le problème des raies de Balmer qui empêche un ajustement simultané de toutes les raies de Balmer avec des paramètres atmosphériques cohérents. Nous identifions également 18 naines blanches chaudes de type DA qui souffrent aussi du problème des raies de Balmer. Des spectres dans l’ultraviolet lointain obtenus des archives du satellite FUSE sont ensuite examinés pour démontrer qu’il existe une corrélation entre les abondances métalliques élevées et les cas du problème des raies de Balmer. Les conséquences de ces résultats pour toutes les naines blanches chaudes et riches en hydrogène sont discutées. En particulier, le scénario évolutif pour les naines blanches DAO est révisé et nous n’avons plus besoin d’évoquer l’évolution post-EHB pour expliquer la majorité des étoiles DAO. Finalement, nous élaborons un scénario dans lequel les métaux engendrent un faible vent stellaire qui expliquerait la présence d’hélium dans les étoiles DAO. Ensuite, nous présentons les résultats globaux de notre relevé, ce qui inclut une analyse spectroscopique de plus de 1200 naines blanches de type DA. En premier lieu, nous présentons le contenu spectroscopique de notre échantillon qui contient de nombreuses classifications erronées ainsi que plusieurs naines blanches de type DAB, DAZ et magnétiques. Nous discutons ensuite des nouveaux modèles d'atmosphère utilisés dans notre analyse. De plus, nous utilisons des modèles de naines M pour obtenir de meilleures valeurs des paramètres atmosphériques pour les naines blanches qui sont membres de systèmes binaires DA+dM. Certaines naines blanches uniques et quelques systèmes binaires double-dégénérées sont également analysés de manière plus détaillée. Nous examinons ensuite les propriétés globales de notre échantillon incluant la distribution de masse et la distribution de masse en fonction de la température. Nous étudions également la façon dont les nouveaux profils de raies de Balmer affectent la détermination des paramètres atmosphériques. Nous testons la précision et la robustesse de nos méthodes en comparant nos résultats avec ceux du projet SPY, dans le cadre duquel plus de 300 des mêmes naines blanches ont été analysées d'une manière complètement indépendante. Finalement, nous faisons un retour sur la bande d'instabilité des naines blanches pulsantes de type ZZ Ceti pour voir quels effets ont les nouveaux profils de raies sur la détermination de ses frontières empiriques.

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 fonction de luminosité des étoiles naines blanches de type DA dans le relevé Kiso

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

Étude des propriétés atmosphériques et magnétiques des étoiles naines blanches froides riches en hydrogène.

Ce mémoire présente une analyse photométrique et spectroscopique d'un échantillon de 16 naines blanches magnétiques froides riches en hydrogène. L'objectif principal de cette étude est de caractériser leurs propriétés atmosphériques et magnétiques afin d'obtenir une vision d'ensemble représentative de cette population d'étoiles. Pour ce faire, il a fallu réunir le plus d'information possible sur toutes les candidates sous la forme de spectres visibles à haut signal-sur-bruit et de données photométriques. Il a également été nécessaire de mettre à jour les modèles d'atmosphère de Bergeron et al. (1992) à l'aide des avancées réalisées par Tremblay & Bergeron (2009). Les paramètres atmosphériques de chacune des étoiles ont ensuite été déterminés en modélisant les distributions d'énergie photométriques observées tandis que la topologie et l'intensité du champ magnétique ont été obtenues en comparant des spectres synthétiques magnétiques au profil d'absorption Zeeman autour de H-alpha. Qui plus est, un processus de déconvolution combinant ces deux approches a aussi été créé afin de traiter adéquatement les systèmes binaires présents dans l'échantillon. Les résultats de ces analyses sont ensuite exposés, incluant une discussion sur la possible corrélation entre les paramètres atmosphériques et les propriétés magnétiques de ces naines blanches. Finalement, cette étude démontre que les données spectroscopiques de la majorité de ces étoiles peuvent uniquement être reproduites si ces dernières se trouvent dans un système binaire composé d'une seconde naine blanche. De plus, les résultats suggèrent que le champ magnétique de ces naines blanches froides ne peut pas être d'origine fossile et doit être généré par un mécanisme physique devant encore être identifié.

The remarkable solar twin HIP 56948: a prime target in the quest for other Earths

Context. The Sun shows abundance anomalies relative to most solar twins. If the abundance peculiarities are due to the formation of inner rocky planets, that would mean that only a small fraction of solar type stars may host terrestrial planets. Aims. In this work we study HIP 56948, the best solar twin known to date, to determine with an unparalleled precision how similar it is to the Sun in its physical properties, chemical composition and planet architecture. We explore whether the abundances anomalies may be due to pollution from stellar ejecta or to terrestrial planet formation. Methods. We perform a differential abundance analysis (both in LTE and NLTE) using high resolution (R similar to 100 000) high S/N (600-650) Keck HIRES spectra of the Sun (as reflected from the asteroid Ceres) and HIP 56948. We use precise radial velocity data from the McDonald and Keck observatories to search for planets around this star. Results. We achieve a precision of sigma less than or similar to 0.003 dex for several elements. Including errors in stellar parameters the total uncertainty is as low as sigma similar or equal to 0.005 dex (1%), which is unprecedented in elemental abundance studies. The similarities between HIP 56948 and the Sun are astonishing. HIP 56948 is only 17 +/- 7 K hotter than the Sun, and log g, [Fe/H] and microturbulence velocity are only +0.02 +/- 0.02 dex, +0.02 +/- 0.01 dex and +0.01 +/- 0.01 km s(-1) higher than solar, respectively. Our precise stellar parameters and a differential isochrone analysis shows that HIP 56948 has a mass of 1.02 +/- 0.02 M-circle dot and that it is similar to 1 Gyr younger than the Sun, as constrained by isochrones, chromospheric activity, Li and rotation. Both stars show a chemical abundance pattern that differs from most solar twins, but the refractory elements (those with condensation temperature T-cond greater than or similar to 1000 K) are slightly (similar to 0.01 dex) more depleted in the Sun than in HIP 56948. The trend with T-cond in differential abundances (twins -HIP 56948) can be reproduced very well by adding similar to 3 M-circle plus of a mix of Earth and meteoritic material, to the convection zone of HIP 56948. The element-to-element scatter of the Earth/meteoritic mix for the case of hypothetical rocky planets around HIP 56948 is only 0.0047 dex. From our radial velocity monitoring we find no indications of giant planets interior to or within the habitable zone of HIP 56948. Conclusions. We conclude that HIP 56948 is an excellent candidate to host a planetary system like our own, including the possible presence of inner terrestrial planets. Its striking similarity to the Sun and its mature age makes HIP 56948 a prime target in the quest for other Earths and SETI endeavors.

Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XIX. CoRoT-23b: a dense hot Jupiter on an eccentric orbit

We report the detection of CoRoT-23b, a hot Jupiter transiting in front of its host star with a period of 3.6314 +/- 0.0001 days. This planet was discovered thanks to photometric data secured with the CoRoT satellite, combined with spectroscopic radial velocity (RV) measurements. A photometric search for possible background eclipsing binaries conducted at CFHT and OGS concluded with a very low risk of false positives. The usual techniques of combining RV and transit data simultaneously were used to derive stellar and planetary parameters. The planet has a mass of M-p = 2.8 +/- 0.3 M-Jup, a radius of R-pl = 1.05 +/- 0.13 R-Jup, a density of approximate to 3 gcm(-3). RV data also clearly reveal a nonzero eccentricity of e = 0.16 +/- 0.02. The planet orbits a mature G0 main sequence star of V = 15.5 mag, with a mass M-star = 1.14 +/- 0.08 M-circle dot, a radius R-star = 1. 61 +/- 0.18 R-circle dot and quasi-solar abundances. The age of the system is evaluated to be 7 Gyr, not far from the transition to subgiant, in agreement with the rather large stellar radius. The two features of a significant eccentricity of the orbit and of a fairly high density are fairly uncommon for a hot Jupiter. The high density is, however, consistent with a model of contraction of a planet at this mass, given the age of the system. On the other hand, at such an age, circularization is expected to be completed. In fact, we show that for this planetary mass and orbital distance, any initial eccentricity should not totally vanish after 7 Gyr, as long as the tidal quality factor Q(p) is more than a few 10(5), a value that is the lower bound of the usually expected range. Even if CoRoT-23b features a density and an eccentricity that are atypical of a hot Jupiter, it is thus not an enigmatic object.

Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XXII. CoRoT-16b: a hot Jupiter with a hint of eccentricity around a faint solar-like star

Aims. We report the discovery of CoRoT-16b, a low density hot jupiter that orbits a faint G5V star (mV = 15.63) in 5.3523 +/- 0.0002 days with slight eccentricity. A fit of the data with no a priori assumptions on the orbit leads to an eccentricity of 0.33 +/- 0.1. We discuss this value and also derive the mass and radius of the planet. Methods. We analyse the photometric transit curve of CoRoT-16 given by the CoRoT satellite, and radial velocity data from the HARPS and HIRES spectrometers. A combined analysis using a Markov chain Monte Carlo algorithm is used to get the system parameters. Results. CoRoT-16b is a 0.535 -0.083/+0.085 M-J, 1.17 -0.14/+0.16 R-J hot Jupiter with a density of 0.44 -0.14/+0.21 g cm(-3). Despite its short orbital distance (0.0618 +/- 0.0015 AU) and the age of the parent star (6.73 +/- 2.8 Gyr), the planet orbit exhibits significantly non-zero eccentricity. This is very uncommon for this type of objects as tidal effects tend to circularise the orbit. This value is discussed taking into account the characteristics of the star and the observation accuracy.

THE INFRARED COLORS OF THE SUN

Solar infrared colors provide powerful constraints on the stellar effective temperature scale, but they must be measured with both accuracy and precision in order to do so. We fulfill this requirement by using line-depth ratios to derive in a model-independent way the infrared colors of the Sun, and we use the latter to test the zero point of the Casagrande et al. effective temperature scale, confirming its accuracy. Solar colors in the widely used Two Micron All Sky Survey (2MASS) JHK(s) and WISE W1-4 systems are provided: (V - J)(circle dot) = 1.198, (V - H)(circle dot) = 1.484, (V - K-s)(circle dot) = 1.560, (J - H)(circle dot) = 0.286, (J - K-s)(circle dot) = 0.362, (H - K-s)(circle dot) = 0.076, (V - W1)(circle dot) = 1.608, (V - W2)(circle dot) = 1.563, (V - W3)(circle dot) = 1.552, and (V - W4)(circle dot) = 1.604. A cross-check of the effective temperatures derived implementing 2MASS or WISE magnitudes in the infrared flux method confirms that the absolute calibration of the two systems agrees within the errors, possibly suggesting a 1% offset between the two, thus validating extant near-and mid-infrared absolute calibrations. While 2MASS magnitudes are usually well suited to derive T-eff, we find that a number of bright, solar-like stars exhibit anomalous WISE colors. In most cases, this effect is spurious and can be attributed to lower-quality measurements, although for a couple of objects (3%+/- 2% of the total sample) it might be real, and may hint at the presence of warm/hot debris disks.

Characterisation of young stellar clusters

Aims. Several embedded clusters are found in the Galaxy. Depending on the formation scenario, most of them can evolve to unbounded groups that are dissolved within 10 Myr to 20 Myr. A systematic study of young stellar clusters that show distinct characteristics provides interesting information on the evolutionary phases during the pre-main sequence. To identify and to understand these phases we performed a comparative study of 21 young stellar clusters. Methods. Near-infrared data from 2MASS were used to determine the structural and fundamental parameters based on surface stellar density maps, radial density profile, and colour-magnitude diagrams. The cluster members were selected according to their membership probability, which is based on the statistical comparison with the cluster proper motion. Additional members were selected on the basis of a decontamination procedure that was adopted to distinguish field stars found in the direction of the cluster area. Results. We obtained age and mass distributions by comparing pre-main sequence models with the position of cluster members in the colour-magnitude diagram. The mean age of our sample is similar to 5 Myr, where 57% of the objects is found in the 4-10 Myr range of age, while 43% is <4 Myr old. Their low E(B - V) indicate that the members are not suffering high extinction (AV <1 mag), which means they are more likely young stellar groups than embedded clusters. Relations between structural and fundamental parameters were used to verify differences and similarities that could be found among the clusters. The parameters of most of the objects show the same trends or correlations. Comparisons with other young clusters show similar relations among mass, radius, and density. Our sample tends to have larger radius and lower volumetric density than embedded clusters. These differences are compatible with the mean age of our sample, which we consider intermediate between the embedded and the exposed phases of the stellar clusters evolution.

THE UBV(RI)(C) COLORS OF THE SUN

Photometric data in the UBV(RI)(C) system have been acquired for 80 solar analog stars for which we have previously derived highly precise atmospheric parameters T-eff, log g, and [Fe/H] using high-resolution, high signal-to-noise ratio spectra. UBV and (RI)(C) data for 46 and 76 of these stars, respectively, are published for the first time. Combining our data with those from the literature, colors in the UBV(RI) C system, with similar or equal to 0.01 mag precision, are now available for 112 solar analogs. Multiple linear regression is used to derive the solar colors from these photometric data and the spectroscopically derived T-eff, log g, and [Fe/H] values. To minimize the impact of systematic errors in the model-dependent atmospheric parameters, we use only the data for the 10 stars that most closely resemble our Sun, i.e., the solar twins, and derive the following solar colors: (B - V)(circle dot) = 0.653 +/- 0.005, (U - B)(circle dot) = 0.166 +/- 0.022, (V - R)(circle dot) = 0.352 +/- 0.007, and (V - I)(circle dot) = 0.702 +/- 0.010. These colors are consistent, within the 1 sigma errors, with those derived using the entire sample of 112 solar analogs. We also derive the solar colors using the relation between spectral-line-depth ratios and observed stellar colors, i.e., with a completely model-independent approach, and without restricting the analysis to solar twins. We find (B - V)(circle dot) = 0.653 +/- 0.003, (U - B)(circle dot) = 0.158 +/- 0.009, (V - R)(circle dot) = 0.356 +/- 0.003, and (V - I)(circle dot) = 0.701 +/- 0.003, in excellent agreement with the model-dependent analysis.

Transiting exoplanets from the CoRoT space mission XX. CoRoT-20b: A very high density, high eccentricity transiting giant planet

We report the discovery by the CoRoT space mission of a new giant planet, CoRoT-20b. The planet has a mass of 4.24 +/- 0.23 M-Jup and a radius of 0.84 +/- 0.04 R-Jup. With a mean density of 8.87 +/- 1.10 g cm(-3), it is among the most compact planets known so far. Evolutionary models for the planet suggest a mass of heavy elements of the order of 800 M-circle plus if embedded in a central core, requiring a revision either of the planet formation models or both planet evolution and structure models. We note however that smaller amounts of heavy elements are expected by more realistic models in which they are mixed throughout the envelope. The planet orbits a G-type star with an orbital period of 9.24 days and an eccentricity of 0.56. The star's projected rotational velocity is v sin i = 4.5 +/- 1.0 km s(-1), corresponding to a spin period of 11.5 +/- 3.1 days if its axis of rotation is perpendicular to the orbital plane. In the framework of Darwinian theories and neglecting stellar magnetic breaking, we calculate the tidal evolution of the system and show that CoRoT-20b is presently one of the very few Darwin-stable planets that is evolving toward a triple synchronous state with equality of the orbital, planetary and stellar spin periods.