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.

Rapport M/L de disques de galaxies issus de modèles CSPE et contrôle des contraintes mécaniques dans la conception de revêtements optiques

La thèse qui suit est organisée en deux volets: un premier volet portant sur les modèles de masse de galaxies et un second volet sur la conception de revêtements optiques et le contrôle de leurs propriétés mécaniques. Les modèles de masse présentés dans cette thèse ont été réalisés sur un sous-échantillon de dix galaxies de l'étude SINGS comprenant neuf galaxies normales et une galaxie naine. Ce travail visait à fixer le rapport masse-luminosité du disque à tout rayon en utilisant les résultats de modèles d'évolution galactique chimio-spectrophotométriques ajustés spécifiquement à chaque galaxie grâce à son profil de photométrie multi-bandes. Les résultats montrent que les disques stellaires tels que normalisés par les rapports masse-luminosité issus des modèles ont des masses cohérentes dans toutes les bandes étudiées de l'ultra-violet, du visible ainsi que du proche infrarouge (bandes FUV à IRAC2). Ces disques peuvent être considérés comme maximaux par rapport aux données cinématiques des galaxies étudiées. Ceci est dû au fait que le rapport M/L est plus élevé au centre que sur les bords. Les disques étant maximaux et physiquement justifiés, on ne peut dès lors ignorer les effets de composants tels que les bulbes ou les barres et les corrections nécessaires doivent être apportées aux profils de luminosité et de vitesses de rotation de la galaxie. Dans les travaux de la seconde partie, le logiciel en développement libre OpenFilters a été modifié afin de tenir compte des contraintes mécaniques dans la conception numérique de revêtements optiques. Les contraintes mécaniques dans les couches minces ont un effet délétère sur leurs performances optiques. Un revêtement destiné à rendre réflectives les lames d'un étalon Fabry-Perot utilisé en astronomie a été conçu et fabriqué afin d'évaluer les performances réelles de la méthode. Ce cas a été choisi à cause de la diminution de la finesse d'un étalon Fabry-Perot apporté par la courbure des lames sous l'effet des contraintes. Les résultats montrent que les mesures concordent avec les modèles numériques et qu'il est donc possible à l'aide de ce logiciel d'optimiser les revêtements pour leur comportement mécanique autant que pour leurs propriétés optiques.

Étude comparative des paramètres atmosphériques d'étoiles naines blanches déterminés par les techniques photométrique et spectroscopique

Ce mémoire présente une analyse comparative des paramètres atmosphériques obtenus à l’aide des techniques photométrique et spectroscopique. Pour y parvenir, les données photométriques et spectroscopiques de 1375 naines blanches de type DA tirées du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ainsi que les données spectroscopiques du Villanova White Dwarf Catalog ont été utilisées. Il a d’abord fallu s’assurer que les données photométriques et spectroscopiques étaient bien calibrées. L’analyse photométrique a démontré que la photométrie ugriz ne semblait pas avoir de problème de calibration autre que le décalage des points zéro, qui est compensé en appliquant les corrections photométriques appropriées. De plus, le fait que le filtre u laisse passer le flux à certaines longueurs d’onde dans le rouge ne semble pas affecter la détermination des paramètres atmosphériques. L’analyse spectroscopique a ensuite confirmé que l’application de fonctions de correction permettant de tenir compte des effets hydrodynamiques 3D est la solution au problème de log g élevés. La comparaison des informations tirées des données spectroscopiques des deux différentes sources suggère que la calibration des spectres du SDSS n’est toujours pas au point. Les paramètres atmosphériques déterminés à l’aide des deux techniques ont ensuite été comparés et les températures photométriques sont systématiquement plus faibles que celles obtenues à partir des données spectroscopiques. Cet effet systématique pourrait être causé par les profils de raies utilisés dans les modèles d’atmosphère. Une méthode permettant d’obtenir une estimation de la gravité de surface d’une naine blanche à partir de sa photométrie a aussi été développée.

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.

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.

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.

Illustration of micro-scale advection using grid-pattern mini-lysimeters

Twenty-five small soil-filled perspex boxes arranged in a square, with dwarf sunflowers growing in them, were used to study micro-scale advection. Hydrological heterogeneity was introduced by applying two different amounts of irrigation water (low-irrigation, L, versus high-irrigation, H). The nine central boxes (4 H, 4 L and I bare box) were precision weighing lysimeters, yielding diurnal measurements of evaporation. After the onset of soil water stress, a large difference in latent heat flux (up to 4-fold) was observed between the lysimeters of the H and L treatments, mainly caused by large differences between H and L stomatal conductance values. This resulted in micro-advection, causing H soil-sunflower systems to evaporate well above equilibrium latent heat flux. The occurrence of micro-advective enhancement was reflected in large values of the Priestley-Taylor constant (often larger than 2.0) and generally negative values of sensible heat flux for the H treatment. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Haploids in flowering plants: origins and exploitation

The first haploid angiosperm, a dwarf form of cotton with half the normal chromosome complement, was discovered in 1920, and in the ninety years since then such plants have been identified in many other species. They can occur either spontaneously or can be induced by modified pollination methods in vivo, or by in vitro culture of immature male or female gametophytes. Haploids represent an immediate, one-stage route to homozygous diploids and thence to F(1) hybrid production. The commercial exploitation of heterosis in such F(1) hybrids leads to the development of hybrid seed companies and subsequently to the GM revolution in agriculture. This review describes the range of techniques available for the isolation or induction of haploids and discusses their value in a range of areas, from fundamental research on mutant isolation and transformation, through to applied aspects of quantitative genetics and plant breeding. It will also focus on how molecular methods have been used recently to explore some of the underlying aspects of this fascinating developmental phenomenon.

Relationship between incidence and severity of cashew gummosis in semiarid north-eastern Brazil

The incidence-severity relationship for cashew gummosis, caused by Lasiodiplodia theobromae, was studied to determine the feasibility of using disease incidence to estimate indirectly disease severity in order to establish the potential damage caused by this disease in semiarid north-eastern Brazil. Epidemics were monitored in two cashew orchards, from 1995 to 1998 in an experimental field composed of 28 dwarf clones, and from 2000 to 2002 in a commercial orchard of a single clone. The two sites were located 10 km from each other. Logarithmic transformation achieved the best linear adjustment of incidence and severity data as determined by coefficients of determination for place, age and pooled data. A very high correlation between incidence and severity was found in both fields, with different disease pressures, different cashew genotypes, different ages and at several epidemic stages. Thus, the easily assessed gummosis incidence could be used to estimate gummosis severity levels.

Shrubs, granivores and annual plant community stability in an arid ecosystem

Compensatory population dynamics among species stabilise aggregate community variables. Inter-specific competition is thought to be stabilising as it promotes asynchrony among populations. However, we know little about other inter-specific interactions, such as facilitation and granivory. Such interactions are also likely to influence population synchrony and community stability, especially in harsh environments where they are thought to have relatively strong effects in plant communities. We use a manipulative experiment to test the effects of granivores (harvester ants) and nurse plants (dwarf shrubs) on annual plant community dynamics in the Negev desert, Israel. We present evidence for weak and inconsistent effects of harvester ants on plant abundance and on population and community stability. By contrast, we show that annual communities under shrubs were more species rich, had higher plant density and were temporally less variable than communities in the inter-shrub matrix. Species richness and plant abundance were also more resistant to drought in the shrub under-storey compared with the inter-shrub matrix, although population dynamics in both patch types were synchronised. Hence, we show that inter-specific interactions other than competition affect community stability, and that hypothesised mechanisms linking compensatory dynamics and community stability may not operate to the same extent in arid plant communities.

The effects of dwarfing genes on seedling root growth of wheat

Most modern wheat cultivars contain major dwarfing genes, but their effects on root growth are unclear. Near-isogenic lines (NILs) containing Rht-B1b, Rht-D1b, Rht-B1c, Rht8c, Rht-D1c, and Rht12 were used to characterize the effects of semi-dwarfing and dwarfing alleles on root growth of 'Mercia' and 'Maris Widgeon' wheat cultivars. Wheat seedlings were grown in gel chambers, soil-filled columns, and in the field. Roots were extracted and length and dry mass measured. No significant differences in root length were found between semi-dwarfing lines and the control lines in any experiment, nor was there a significant difference between the root lengths of the two cultivars grown in the field. Total root length of the dwarf lines (Rht-B1c, Rht-D1c, and Rht12) was significantly different from that of the control although the effect was dependent on the experimental methodology; in gel chambers root length of dwarfing lines was increased by; 40% while in both soil media it was decreased (by 24-33%). Root dry mass was 22-30% of the total dry mass in the soil-filled column and field experiments. Root length increased proportionally with grain mass, which varied between NILs, so grain mass was a covariate for the analysis of variance. Although total root length was altered by dwarf lines, root architecture (average root diameter, lateral root: total root ratio) was not affected by reduced height alleles. A direct effect of dwarfing alleles on root growth during seedling establishment, rather than a secondary partitioning effect, was suggested by the present experiments.

Floral meristem indeterminacy depends on flower position and is facilitated by acarpellate gynoecium development in Impatiens balsamina

Floral meristems are generally determinate. Termination of their activity varies with species, occurring after carpel or ovule development, depending on the placentation type. In terminal flowering Impatiens balsamina (cv. Dwarf Bush Flowered) some flowers exhibit meristem indeterminacy; they produce organs from the placenta after ovule development. Here we provide a detailed description of gynoecium development in this line and explore the basis of the indeterminate nature of some of its floral meristems. We find that the placenta is sometimes established without complete carpel fusion. Proliferative growth derives from meristematic remnants of the placenta and is more common in the terminal inflorescence. RNA in situ hybridization reveals that IbLFY (Impatiens LFY homologue) is expressed in all meristem states, even in proliferating meristems. Expression of IbAG in axillary flowers is as expected in the meristem, stamens and carpels but absent from the proliferating meristem. We conclude that I. balsamina has cauline placentation. Incomplete suppression of inflorescence identity in flowers of the terminal inflorescence leads to floral meristem proliferation after ovule development in this species.

The cyclical behaviour of sector and regional diversification benefits: 1987-2002

This paper investigates the time series behaviour of the relative benefits of sector and regional diversification strategies, using the notion of cross-sectional dispersion introduced by Solnik and Roulet (2000). Using monthly data over the period 1987:1 to 2002:12, four sector and four regional classifications are examined in the UK. The results indicate that sector and regional dispersion indices are highly time varying and so dwarf any lower frequency cyclical components that may be present. Nonetheless, periods of high dispersion are closely followed by periods of low dispersion, suggestive of cyclical behaviour of sector and regional diversification benefits. Then, using the HP-filter we isolated the cyclical component of the various dispersion indices and found that the sector dispersion indices are generally above the regional dispersion indices. This implies that a sector diversification strategy is likely to offer greater risk reduction benefits than a regional diversification approach. Nonetheless, we find that in some periods, certain regional diversification strategies are of equal or greater benefit than certain sector approaches. The results also appear to be quite sensitive to the classifications of sectors and regions. Hence, the appropriate definition of sectors and regions can have important implications for sector and regional diversification strategies.

Semi-dwarfing (Rht-B1b) improves nitrogen-use efficiency in wheat, but not at economically optimal levels of nitrogen availability

A UK field experiment compared a complete factorial combination of three backgrounds (cvs Mercia, Maris Huntsman and Maris Widgeon), three alleles at the Rht-B1 locus as Near Isogenic Lines (NILs: rht-B1a (tall), Rht-B1b (semi-dwarf), Rht-B1c (severe dwarf)) and four nitrogen (N) fertilizer application rates (0, 100, 200 and 350 kg N/ha). Linear+exponential functions were fitted to grain yield (GY) and nitrogen-use efficiency (NUE; GY/available N) responses to N rate. Averaged over N rate and background Rht-B1b conferred significantly (P<0.05) greater GY, NUE, N uptake efficiency (NUpE; N in above ground crop / available N) and N utilization efficiency (NUtEg; GY / N in above ground crop) compared with rht-B1a and Rht-B1c. However the economically optimal N rate (Nopt) for N:grain price ratios of 3.5:1 to 10:1 were also greater for Rht-B1b, and because NUE, NUpE and NUtE all declined with N rate, Rht-Blb failed to increase NUE or its components at Nopt. The adoption of semi-dwarf lines in temperate and humid regions, and the greater N rates that such adoption justifies economically, greatly increases land-use efficiency, but not necessarily, NUE.