Strongly magnetized cold degenerate electron gas: Mass-radius relation of the magnetized white dwarf

We consider a relativistic, degenerate electron gas at zero temperature under the influence of a strong, uniform, static magnetic field, neglecting any form of interactions. Since the density of states for the electrons changes due to the presence of the magnetic field (which gives rise to Landau quantization), the corresponding equation of state also gets modified. In order to investigate the effect of very strong magnetic field, we focus only on systems in which a maximum of either one, two, or three Landau level(s) is/are occupied. This is important since, if a very large number of Landau levels are filled, it implies a very low magnetic field strength which yields back Chandrasekhar's celebrated nonmagnetic results. The maximum number of occupied Landau levels is fixed by the correct choice of two parameters, namely, the magnetic field strength and the maximum Fermi energy of the system. We study the equations of state of these one-level, two-level, and three-level systems and compare them by taking three different maximum Fermi energies. We also find the effect of the strong magnetic field on the mass-radius relation of the underlying star composed of the gas stated above. We obtain an exciting result that it is possible to have an electron-degenerate static star, namely, magnetized white dwarfs, with a mass significantly greater than the Chandrasekhar limit in the range 2.3-2.6M(circle dot), provided it has an appropriate magnetic field strength and central density. In fact, recent observations of peculiar type Ia supernovae-SN 2006gz, SN 2007if, SN 2009dc, SN 2003fg-seem to suggest super-Chandrasekhar-mass white dwarfs with masses up to 2.4-2.8M(circle dot) as their most likely progenitors. Interestingly, our results seem to lie within these observational limits.

Revised density of magnetized nuclear matter at the neutron drip line

We study the onset of the neutron drip in high-density matter in the presence of a magnetic field. It has been found that, for systems having only protons and electrons, in the presence of a magnetic field greater than or similar to 10(15) G, neutronization occurs at a density that is at least an order of magnitude higher compared to that in a nonmagnetic system. In a system with heavier ions, the effect of the magnetic field, however, starts arising at a much higher field, greater than or similar to 10(17) G. These results may have important implications for high-magnetic-field neutron stars and white dwarfs and, in general, in nuclear astrophysics when the system is embedded within a strong magnetic field.

Reply to ``Comment on `Strongly magnetized cold degenerate electron gas: Mass-radius relation of the magnetized white dwarf'''

We show that the upper bound for the central magnetic field of a super-Chandrasekhar white dwarf calculated by Nityananda and Konar Phys. Rev. D 89, 103017 (2014)] and in the concerned comment, by the same authors, against our work U. Das and B. Mukhopadhyay, Phys. Rev. D 86, 042001 (2012)] is erroneous. This in turn strengthens the argument in favor of the stability of the recently proposed magnetized super-Chandrasekhar white dwarfs. We also point out several other numerical errors in their work. Overall we conclude that the arguments put forth by Nityananda and Konar are misleading.

Fully nonlinear ion-sound waves in a dense Fermi magnetoplasma

The nonlinear propagation of ion-sound waves in a collisionless dense electron-ion magnetoplasma is investigated. The inertialess electrons are assumed to follow a non-Boltzmann distribution due to the pressure for the Fermi plasma and the ions are described by the hydrodynamic (HD) equations. An energy balance-like equation involving a new Sagdeev-type pseudo-potential is derived in the presence of the quantum statistical effects. Numerical calculations reveal that the profiles of the Sagdeev-like potential and the ion-sound density excitations are significantly affected by the wave direction cosine and the Mach number. The present studies might be helpful to understand the excitation of nonlinear ion-sound waves in dense plasmas such as those in superdense white dwarfs and neutron stars as well as in intense laser-solid density plasma experiments.

A Brown Dwarf Mass Donor in an Accreting Binary

A long-standing and unverified prediction of binary star evolution theory is the existence of a population of white dwarfs accreting from substellar donor stars. Such systems ought to be common, but the difficulty of finding them, combined with the challenge of detecting the donor against the light from accretion, means that no donor star to date has a measured mass below the hydrogen burning limit. We applied a technique that allowed us to reliably measure the mass of the unseen donor star in eclipsing systems. We were able to identify a brown dwarf donor star, with a mass of 0.052 ± 0.002 solar mass. The relatively high mass of the donor star for its orbital period suggests that current evolutionary models may underestimate the radii of brown dwarfs.

Normal type Ia supernovae from violent mergers of white dwarf binaries

One of the most important questions regarding the progenitor systems of Type Ia supernovae (SNe Ia) is whether mergers of two white dwarfs can lead to explosions that reproduce observations of normal events. Here we present a fully three-dimensional simulation of a violent merger of two carbon-oxygen white dwarfs with masses of 0.9 M and 1.1 M combining very high resolution and exact initial conditions. A well-tested combination of codes is used to study the system. We start with the dynamical inspiral phase and follow the subsequent thermonuclear explosion under the plausible assumption that a detonation forms in the process of merging. We then perform detailed nucleosynthesis calculations and radiative transfer simulations to predict synthetic observables from the homologously expanding supernova ejecta. We find that synthetic color light curves of our merger, which produces about 0.62 M of Ni, show good agreement with those observed for normal SNe Ia in all wave bands from U to K. Line velocities in synthetic spectra around maximum light also agree well with observations. We conclude that violent mergers of massive white dwarfs can closely resemble normal SNe Ia. Therefore, depending on the number of such massive systems available these mergers may contribute at least a small fraction to the observed population of normal SNe Ia. © 2012 The American Astronomical Society. All rights reserved.

The white dwarf's carbon fraction as a secondary parameter of Type Ia supernovae

Context. Binary stellar evolution calculations predict thatChandrasekhar-mass carbon/oxygen white dwarfs (WDs) show a radiallyvarying profile for the composition with a carbon depleted core. Manyrecent multi-dimensional simulations of Type Ia supernovae (SNe Ia),however, assume the progenitor WD has a homogeneous chemicalcomposition.
Aims: In this work, we explore the impact ofdifferent initial carbon profiles of the progenitor WD on the explosionphase and on synthetic observables in the Chandrasekhar-mass delayeddetonation model. Spectra and light curves are compared to observationsto judge the validity of the model.
Methods: The explosion phaseis simulated using the finite volume supernova code Leafs, which isextended to treat different compositions of the progenitor WD. Thesynthetic observables are computed with the Monte Carlo radiativetransfer code Artis. Results: Differences in binding energies ofcarbon and oxygen lead to a lower nuclear energy release for carbondepleted material; thus, the burning fronts that develop are weaker andthe total nuclear energy release is smaller. For otherwise identicalconditions, carbon depleted models produce less 56Ni.Comparing different models with similar 56Ni yields showslower kinetic energies in the ejecta for carbon depleted models, butonly small differences in velocity distributions and line velocities inspectra. The light curve width-luminosity relation (WLR) obtained formodels with differing carbon depletion is roughly perpendicular to theobserved WLR, hence the carbon mass fraction is probably only asecondary parameter in the family of SNe Ia.
Tables 3 and 4 are available in electronic form at http://www.aanda.org

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.

Analyse spectroscopique d'étoiles naines blanches riches en hydrogène(DA) : vers des modèles d'atmosphère améliorés sans paramètres libres

Le but de cette thèse est de raffiner et de mieux comprendre l'utilisation de la méthode spectroscopique, qui compare des spectres visibles de naines blanches à atmosphère riche en hydrogène (DA) à des spectres synthétiques pour en déterminer les paramètres atmosphériques (température effective et gravité de surface). Notre approche repose principalement sur le développement de modèles de spectres améliorés, qui proviennent eux-mêmes de modèles d'atmosphère de naines blanches de type DA. Nous présentons une nouvelle grille de spectres synthétiques de DA avec la première implémentation cohérente de la théorie du gaz non-idéal de Hummer & Mihalas et de la théorie unifiée de l'élargissement Stark de Vidal, Cooper & Smith. Cela permet un traitement adéquat du chevauchement des raies de la série de Balmer, sans la nécessité d'un paramètre libre. Nous montrons que ces spectres améliorés prédisent des gravités de surface qui sont plus stables en fonction de la température effective. Nous étudions ensuite le problème de longue date des gravités élevées pour les DA froides. L'hypothèse de Bergeron et al., selon laquelle les atmosphères sont contaminées par de l'hélium, est confrontée aux observations. À l'aide de spectres haute résolution récoltés au télescope Keck à Hawaii, nous trouvons des limites supérieures sur la quantité d'hélium dans les atmosphères de près de 10 fois moindres que celles requises par le scénario de Bergeron et al. La grille de spectres conçue dans ces travaux est ensuite appliquée à une nouvelle analyse spectroscopique de l'échantillon de DA du SDSS. Notre approche minutieuse permet de définir un échantillon plus propre et d'identifier un nombre important de naines blanches binaires. Nous déterminons qu'une coupure à un rapport signal-sur-bruit S/N > 15 optimise la grandeur et la qualité de l'échantillon pour calculer la masse moyenne, pour laquelle nous trouvons une valeur de 0.613 masse solaire. Finalement, huit nouveaux modèles 3D de naines blanches utilisant un traitement d'hydrodynamique radiative de la convection sont présentés. Nous avons également calculé des modèles avec la même physique, mais avec une traitement standard 1D de la convection avec la théorie de la longueur de mélange. Un analyse différentielle entre ces deux séries de modèles montre que les modèles 3D prédisent des gravités considérablement plus basses. Nous concluons que le problème des gravités élevées dans les naines blanches DA froides est fort probablement causé par une faiblesse dans la théorie de la longueur de mélange.

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.

Astérosismologie de l'étoile naine blanche variable GD 1212

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

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

Can retired galaxies mimic active galaxies? Clues from the Sloan Digital Sky Survey

The classification of galaxies as star forming or active is generally done in the ([O III]/H beta, [N II]/H alpha) plane. The Sloan Digital Sky Survey (SDSS) has revealed that, in this plane, the distribution of galaxies looks like the two wings of a seagull. Galaxies in the right wing are referred to as Seyfert/LINERs, leading to the idea that non-stellar activity in galaxies is a very common phenomenon. Here, we argue that a large fraction of the systems in the right wing could actually be galaxies which stopped forming stars. The ionization in these `retired` galaxies would be produced by hot post-asymptotic giant branch stars and white dwarfs. Our argumentation is based on a stellar population analysis of the galaxies via our STARLIGHT code and on photoionization models using the Lyman continuum radiation predicted for this population. The proportion of LINER galaxies that can be explained in such a way is, however, uncertain. We further show how observational selection effects account for the shape of the right wing. Our study suggests that nuclear activity may not be as common as thought. If retired galaxies do explain a large part of the seagull`s right wing, some of the work concerning nuclear activity in galaxies, as inferred from SDSS data, will have to be revised.

Metallicity effects on the modified wind momentum of CSPN

Recent investigations on the central stars of planetary nebulae (CSPN) indicate that the masses based on model atmospheres can be much larger than the masses derived from theoretical mass-luminosity relations. Also, the dispersion in the relation between the modified wind momentum and the luminosity depends on the mass spread of the CSPN, and is larger than observed in massive hot stars. Since the wind characteristics probably depend on the metallicity, we analyze the effects on the modified wind momentum by considering the dispersion in this quantity caused by the stellar metallicity. Our CSPN masses are based on a relation between the core mass and the nebular abundances. We conclude that these masses agree with the known mass distribution both for CSPN and white dwarfs, and that the spread in the modified wind momentum can be explained by the observed metallicity variations.

Reducing the parameter space for unparticle-inspired models using white dwarf masses

Based on astrophysical constraints derived from Chandrasekhar's mass limit for white dwarfs, we study the effects of the model on the parameters of unparticle-inspired gravity, on scales Lambda(U) > 1 TeV and d(U) approximate to 1.