Low Mass Calibration Target for MM-Wave Remote Sensing Instruments

The reliability of millimeter and sub-millimeter wave radiometer measurements is dependent on the accuracy of the loads they employ as calibration targets. In the recent past on-board calibration loads have been developed for a variety of satellite remote sensing instruments. Unfortunately some of these have suffered from calibration inaccuracies which had poor thermal performance of the calibration target as the root cause. Stringent performance parameters of the calibration target such as low reflectivity, high temperature uniformity, low mass and low power consumption combined with low volumetric requirements remain a challenge for the space instrument developer. In this paper we present a novel multi-layer absorber concept for a calibration load which offers an excellent compromise between very good radiometric performance and temperature uniformity and the mass and volumetric constraints required by space-borne calibration targets.

Measurement of the low-mass Drell-Yan differential cross section at √8 = 7 TeV using the ATLAS detector

The differential cross section for the process Z/√ → ℓℓ (ℓ = e, μ) as a function of dilepton invariant mass is measured in pp collisions at ps = 7TeV at the LHC using the ATLAS detector. The measurement is performed in the e and μ channels for invariant masses between 26 GeV and 66 GeV using an integrated luminosity of 1.6 fb−1 collected in 2011 and these measurements are combined. The analysis is extended to invariant masses as low as 12 GeV in the muon channel using 35 pb−1 of data collected in 2010. The cross sections are determined within fiducial acceptance regions and corrections to extrapolate the measurements to the full kinematic range are provided. Next-to-next-to-leading-order QCD predictions provide a significantly better description of the results than next-to-leadingorder QCD calculations, unless the latter are matched to a parton shower calculation.

A nearby M Star with tree Transitting Supter-Earths Discovered by K2

Small, cool planets represent the typical end-products of planetary formation. Studying the architectures of these systems, measuring planet masses and radii, and observing these planets' atmospheres during transit directly informs theories of planet assembly, migration, and evolution. Here we report the discovery of three small planets orbiting a bright (K-s = 8.6 mag) M0 dwarf using data collected as part of K2, the new ecliptic survey using the repurposed Kepler spacecraft. Stellar spectroscopy and K2 photometry indicate that the system hosts three transiting planets with radii 1.5-2.1 R-circle plus, straddling the transition region between rocky and increasingly volatile-dominated compositions. With orbital periods of 10-45 days the planets receive just 1.5-10x the flux incident on Earth, making these some of the coolest small planets known orbiting a nearby star; planet d is located near the inner edge of the system's habitable zone. The bright, low-mass star makes this system an excellent laboratory to determine the planets' masses via Doppler spectroscopy and to constrain their atmospheric compositions via transit spectroscopy. This discovery demonstrates the ability of K2 and future space-based transit searches to find many fascinating objects of interest.

A low-mass impact sensor for high-speed firmness sensing of fruits.

A low-mass impact sensor for high-speed firmness sensing of fruits was built and tested. Results of tests with a rubber ball indicated that the impact measurement was not sensitive to the distance between the impactor and the impacting surface of the sample within the range of 8 to 23 mm, and was not sensitive to how the sample was held. Tests with kiwifruits and peaches show good correlation between firmness readings obtained with the impact sensor and those obtained with the penetrometer. The best correlation was between the slope of the impact curve (at mid-point) and the force-deformation firmness. Preliminary test showed that the sensor could sense fruit firmness at a speed of 5 fruits/s.

Merging of low-mass systems and the origin of the Fundamental Plane

We present a new set of dissipationless N-body simulations to examine the feasibility of creating bright ellipticals (following the Kormendy relation, hereafter KR) by hierarchically merging present-day early-type dwarf galaxies, and to study how the encounter parameters affect the location of the end product in the (mu(e))-R-e plane. We investigate the merging of one-component galaxies of both equal and different masses, the merging of two-component galaxy models to explore the effect of dark haloes on the final galaxy characteristics, and the merging of ultracompact dwarf galaxies. We find that the increase of (mu(e)) with R-e is attributable to an increase in the initial orbital energy. The merger remnants shift down in the (mu(e))-R-e plane and fail to reach the KR. Thus, the KR is not reproducible by mergers of dwarf early-type systems, rendering untenable the theory that present-day dwarfs are responsible for even a small fraction of the present-day ellipticals, unless a considerable amount of dissipation is invoked. However, we do find that present-day dwarfs can be formed by the merger of ultracompact dwarfs.

X-ray and optical studies of soft x-ray transients in M31

Soft X-ray transients (SXTs) are a subgroup of low-mass X-ray binaries consisting of a neutron star or a black hole and a companion low-mass star. SXTs exhibit a sudden outburst by increasing the luminosity from ∼ 1033 to ∼ 1036−38ergs1. After spending a few months in outburst, SXTs switch back to quiescence. Optical study of the binary system during the quiescence state of SXTs provides an opportunity to discriminate between BH binaries and neutron star binaries. The first part ot this research is composed of result of 10 years joint project between Hubble space telescope and Chandra, to study SXTs in M31. The other part of this thesis focused on the light curve of bright SXTs in M31. Disc irradiation is thought to be capable of explaining the global behaviour of the light curves of SXTs. Depending on the strength of the central X-ray emission in irradiating the disc, the light curve may exhibit an exponential or a linear decay. The model predicts that in brighter transients a transition from exponential decline to a linear one may be detectable. In this study, having excluded super-soft sources and hard X-ray transients, a sample of bright SXTs in M31 (Lpeak > 1038ergs1) has been studied. The expected change in the shape of the decay function is only observed in two of the light curves from the six light curves in the sample. Also, a systematic correlation between the shape of the light curve and the X-ray luminosity has not been seen.

Early Results of the 3mm Spectral Line Survey toward the L1157 B1 Shocked Region

We have conducted a sensitive 3mm observation toward the shocked region, Lynds 1157 B1, which is an interaction spot between a molecular outflow and its ambient gas. We have successfully detected the CH3CHO, HCOOCH3, and HCOOH lines, as well as the CH2DOH line. The abundances of these molecules relative to CH3OH are found to be lower than those in the low-mass star-forming core, IRAS 16293-2422. Since these molecules are thought to evaporate from grain mantles, the observational results mean that complex molecules are less abundant in grain mantles residing in the ambient cloud surrounding a prestellar/protostellar core. Instead, efficient formation of the complex organic species and deuterated species should take place in a prestellar/protostellar core. The present result verifies the importance of an unbiased line survey of this source.

Chemical evolution in the circumstellar structure of B5 IRS1

The B5 dark cloud has been identified as a site of low-mass star formation. We report a survey of a selection of the molecular species modelled by the B5 dynamical and chemical model of Charnley et al. at the positions of circumstellar HCN clumps in B5 IRS1. All of the key species observed yield either abundances or upper limits to abundances below both the standard and the predicted values, appearing to show evidence of depletion and/or destruction if the transitions observed are thermalized. Our results are not in good agreement with the model, and they bring into question the interpretation of the structure of B5 IRS1 proposed by Fuller et al. It was expected that HCN clump C might exhibit a higher excitation than HCN clump A, since it appeared to be located within the blueshifted molecular outflow. However, there is no significant difference observed between the two clumps, suggesting that the near-infrared and optical nebulosity is evidence of a reflection nebula rather than shocked material in the outflow. Finally, it is observed that our results are more consistent with gas-grain models than with those models excluding gas-grain interaction.

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.

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

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

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.

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.

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.