Galaxy threshing and the origin of intracluster stellar objects

We numerically investigate the dynamical evolution of non-nucleated dwarf elliptical/spiral galaxies (dE) and nucleated ones (dE,Ns) in clusters of galaxies in order to understand the origin of intracluster stellar objects, such as intracluster stars (ICSs), GCs (ICGCs), and ultracompact dwarfs (UCDs) recently discovered by all-object spectroscopic survey centred on the Fornax cluster of galaxies. We find that the outer stellar components of a nucleated dwarf are removed by the strong tidal field of the cluster, whereas the nucleus manages to survive as a result of its initially compact nature. The developed naked nucleus is found to have physical properties (e.g., size and mass) similar to those observed for UCDs. We also find that the UCD formation process, does depend on the radial density profile of the dark halo in the sense that UCDs are less likely to be formed from dwarfs embedded in dark matter halos with central 'cuspy' density profiles. Our simulations also suggest that very massive and compact stellar systems can be rapidly and efficiently formed in the central regions of dwarfs through the merging of smaller GCs. GCs initially in the outer part of dE and dE,Ns are found to be stripped to form ICGCs.

Analysis of IRAS stellar sources in Alpha Persei region

The present study is an analysis of IR sources in the Alpha Persei open cluster region from the IRAS Point Source Catalog and from ground-based photometric observations. Cross-identification between stars in the region and IRAS Point Source Catalog was performed and nine new associations were found. BVRI Johnson photometry for 24 of the matched objects have been carried out. Physical identity of visual and IRAS sources and relationship to the Alpha Persei open cluster are discussed.

Exploring the connection between the stellar wind and the non-thermal emission in LS 5039

Context.LS 5039 has been observed with several X-ray instruments so far showing quite steady emission in the long term and no signatures of accretion disk. The source also presents X-ray variability at orbital timescales in flux and photon index. The system harbors an O-type main sequence star with moderate mass-loss. At present, the link between the X-rays and the stellar wind is unclear. Aims.We study the X-ray fluxes, spectra, and absorption properties of LS 5039 at apastron and periastron passages during an epoch of enhanced stellar mass-loss, and the long term evolution of the latter in connection with the X-ray fluxes. Methods.New XMM-Newton observations were performed around periastron and apastron passages in September 2005, when the stellar wind activity was apparently higher. April 2005 Chandra observations on LS 5039 were revisited. Moreover, a compilation of H EW data obtained since 1992, from which the stellar mass-loss evolution can be approximately inferred, was carried out. Results.XMM-Newton observations show higher and harder emission around apastron than around periastron. No signatures of thermal emission or a reflection iron line indicating the presence of an accretion disk are found in the spectrum, and the hydrogen column density () is compatible with being the same in both observations and consistent with the interstellar value. 2005 Chandra observations show a hard X-ray spectrum, and possibly high fluxes, although pileup effects preclude conclusive results from being obtained. The H EW shows yearly variations of 10%, and does not seem to be correlated with X-ray fluxes obtained at similar phases, unlike what is expected in the wind accretion scenario. Conclusions.2005 XMM-Newton and Chandra observations are consistent with 2003 RXTE/PCA results, namely moderate flux and spectral variability at different orbital phases. The constancy of the seems to imply that either the X-ray emitter is located at 1012 cm from the compact object, or the density in the system is 3 to 27 times smaller than that predicted by a spherical symmetric wind model. We suggest that the multiwavelength non-thermal emission of LS 5039 is related to the observed extended radio jets and is unlikely to be produced inside the binary system.

Equation of state of hot, dense stellar matter. Finite temperature nuclear Thomas-Fermi approach

The properties of hot, dense stellar matter are investigated with a finite temperature nuclear Thomas-Fermi model.

Gamma-ray emission from massive young stellar objects

Context.Massive stars form in dense and massive molecular cores. The exact formation mechanism is unclear, but it is possible that some massive stars are formed by processes similar to those that produce the low-mass stars, with accretion/ejection phenomena occurring at some point of the evolution of the protostar. This picture seems to be supported by the detection of a collimated stellar wind emanating from the massive protostar IRAS 16547-4247. A triple radio source is associated with the protostar: a compact core and two radio lobes. The emission of the southern lobe is clearly non-thermal. Such emission is interpreted as synchrotron radiation produced by relativistic electrons locally accelerated at the termination point of a thermal jet. Since the ambient medium is determined by the properties of the molecular cloud in which the whole system is embedded, we can expect high densities of particles and infrared photons. Because of the confirmed presence of relativistic electrons, inverse Compton and relativistic Bremsstrahlung interactions are unavoidable. Aims.We aim to make quantitative predictions of the spectral energy distribution of the non-thermal spots generated by massive young stellar objects, with emphasis on the particular case of IRAS 16547-4247. Methods.We study the high-energy emission generated by the relativistic electrons which produce the non-thermal radio source in IRAS 16547-4247. We also study the result of proton acceleration at the terminal shock of the thermal jet and make estimates of the secondary gamma rays and electron-positron pairs produced by pion decay. Results.We present spectral energy distributions for the southern lobe of IRAS 16547-4247, for a variety of conditions. We show that high-energy emission might be detectable from this object in the gamma-ray domain. The source may also be detectable in X-rays through long exposures with current X-ray instruments. Conclusions.Gamma-ray telescopes such as GLAST, and even ground-based Cherenkov arrays of new generation can be used to study non-thermal processes occurring during the formation of massive stars.

Evolution and Stellar Content of AGN Host Galaxies

In this dissertation, Active Galactic Nuclei (AGN) and their host galaxies are discussed. Together with transitional events, such as supernovae and gamma-ray bursts, AGN are the most energetic phenomena in the Universe. The dominant fraction of their luminosity originates from the center of a galaxy, where accreting gas falls into a supermassive black hole, converting gravitational energy to radiation. AGN have a wide range of observed properties: e.g. in their emission lines, radio emission, and variability. Most likely, these properties depend significantly on their orientation to our line-of-sight, and to unify AGN into physical classes it is crucial to observe their orientation-independent properties, such as the host galaxies. Furthermore, host galaxy studies are essential to understand the formation and co-evolution of galactic bulges and supermassive black holes. In this thesis, the main focus is on observationally characterizing AGN host galaxies using optical and near-infrared imaging and spectroscopy. BL Lac objects are a class of AGN characterized by rapidly variable and polarized continuum emission across the electromagnetic spectrum, and coredominated radio emission. The near-infrared properties of intermediate redshift BL Lac host galaxies are studied in Paper I. They are found to be large elliptical galaxies that are more luminous than their low redshift counterparts suggesting a strong luminosity evolution, and a contribution from a recent star formation episode. To analyze the stellar content of galaxies in more detail multicolor data, especially observations at blue wavelengths, are essential. In Paper III, optical - near-infrared colors and color gradients are derived for low redshift BL Lac host galaxies. They show bluer colors and steeper color gradients than inactive ellipticals which, most likely, are caused by a relatively young stellar population indicating a different evolutionary stage between AGN hosts and inactive ellipticals. In Paper II, near-infrared imaging of intermediate redshift radio-quiet quasar hosts is used to study their luminosity evolution. The hosts are large elliptical galaxies, but they are systematically fainter than the hosts of radio-loud quasars at similar redshifts, suggesting a link between the luminosity of the host galaxies and the radio properties of AGN. In Paper IV, the characteristics of near-infrared stellar absorption features of low redshift radio galaxies are compared with those of inactive early-type galaxies. The comparison suggests that early-type galaxies with AGN are in a different evolutionary stage than their inactive counterparts. Moreover, radio galaxies are found to contain stellar populations containing both old and intermediate age components.

Analytical investigation of the atmospheric radiation limits in semigray atmospheres in radiative equilibrium

We model the wavelength-dependent absorption of atmospheric gases by assuming constant mass absorption coefficients in finite-width spectral bands. Such a semigray atmosphere is analytically solved by a discrete ordinate method. The general solution is analyzed for a water vapor saturated atmosphere that also contains a carbon dioxide-like absorbing gas in the infrared. A multiple stable equilibrium with a relative upper limit in the outgoing long-wave radiation is found. Differing from previous radiative–convective models, we find that the amount of carbon dioxide strongly modifies the value of this relative upper limit. This result is also obtained in a gray (i.e., equal absorption of radiation at all infrared wavelengths) water vapor saturated atmosphere. The destabilizing effect of carbon dioxide implies that massive carbon dioxide atmospheres are more likely to reach a runaway greenhouse state than thin carbon dioxide ones

Stellar population synthesis: the effect of improved Asymptotic Giant Branch models and of interstellar dust on mass-to-light–color relations

Teoreettisen populaatiosynteesin avulla voidaan mallintaa tähtijoukkojen ja galaksien fotometrisiä ominaisuuksia yhdistämällä yksittäisten tähtien tuottama säteily, joka saadaan teoreettisista tähtien kehitysmalleista. Valitsemalla sopiva massajakauma syntyville tähdille voidaan muodostaa yksinkertainen tähtipopulaatio, joka koostuu saman ikäisistä ja kemialliselta koostumukseltaan yhtenäisistä tähdistä. Monimutkaisempia tähtipopulaatioita voidaan muodostaa konvoloimalla yksinkertaisten tähtipopulaatioiden luminositeetti jonkin valitun tähtienmuodostushistorian kanssa sekä yhdistämällä näin muodostettuja populaatioita. Tässä työssä tarkastellaan asymptoottisen jättiläishaaran (AGB) tähtien uusien, tarkentuneiden evoluutiomallien vaikutusta populaatiosynteesin tuloksiin niin yksinkertaisten tähtipopulaatioiden kuin galaksien mallinnukseen soveltuvien monimutkaisempien tähtipopulaatioiden kohdalla. Työn päätarkoitus on tuottaa uudistuneisiin malleihin perustuvat populaation massa-luminositeetti -suhteen ja värin väliset relaatiot (MLC-relaatiot). MLC-relaatioita voidaan käyttää populaation massan määrittämiseen sen fotometristen ominaisuuksien (väri, luminositeetti) perusteella. Lisäksi tutkitaan tähtienvälisen pölyn vaikutusta yksinkertaisen spiraaligalaksimallin MLC-relaatioihin. Työssä käytetyt tähtien kehitysmallit perustuvat julkaisuun Marigo et al. (Astronomy & Astrophysics 482, 2008). Havaitaan, että AGB-tähtien vaikutus populaation integroituun luminositeettiin on pieni näkyvillä aallonpituuksilla, mutta merkittävä lähi-infrapuna-alueella. Vaikutus MLC-relaatioihin on vastaavasti merkittävä tarkkailtaessa luminositeettia lähi-infrapunassa sekä käytettäessä värejä, joissa yhdistetään optisia ja lähi-infrapunan kaistoja. Todetaan, että MLC-relaatioiden käyttö lähi-infrapunassa edellyttää tarkentuneen AGB-vaiheen sisällyttämistä populaatiosynteesin malleihin. Tähtienvälisen pölyn vaikutus MLC-relaatioihin todetaan riippuvan käytetystä kaistasta ja väristä, mutta vaikutuksen havaitaan olevan suurin optisen ja lähi-infrapunan väriyhdistelmillä.

Synthesis, characterization and thermal behaviour of solid 2-methoxycinnamylidenepyruvate of some bivalent metal ions in CO2 and N2 atmospheres

Solid State M-2-MeO-CP compounds, where M stands for bivalent metals (Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn) and 2-MeO-CP is 2-methoxycinnamylidenepyruvate, were synthesized. Simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA), differential scanning calorimetry (DSC), elemental analysis and complexometry were used to establish the stoichiometry and to study the thermal behaviour of these compounds in CO2 and N2 atmospheres. The results were consistent with the general formula: M(L)2∙H2O. In both atmospheres (CO2, N2) the thermal decomposition occurs in consecutive steps which are characteristic of each compound. For CO2 atmosphere the final residues were: Mn3O4, Fe3O4, Co3O4, NiO, Cu2O and ZnO, while under N2 atmosphere the thermal decomposition is still observed at 1000 º C.

Thermal behaviour of succinic acid, sodium succinate and its compounds with some bivalent transitions metal ions in dynamic N2 and CO2 atmospheres

Thermal stability and thermal decomposition of succinic acid, sodium succinate and its compounds with Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) and Zn(II) were investigated employing simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA) in nitrogen and carbon dioxide atmospheres and TG-FTIR in nitrogen atmosphere. On heating, in both atmospheres the succinic acid melt and evaporate, while for the sodium succinate the thermal decomposition occurs with the formation of sodium carbonate. For the transition metal succinates the final residue up to 1180 ºC in N2 atmosphere was a mixture of metal and metal oxide in no simple stoichiometric relation, except for Zn compound, where the residue was a small quantity of carbonaceous residue. For the CO2 atmosphere the final residue up to 980 ºC was: MnO, Fe3O4, CoO, ZnO and mixtures of Ni, NiO and Cu, Cu2O.

Étude spectroscopique d'étoiles naines blanches riches en hélium de type DB et DBA

De nouveaux modèles d'atmosphère sont présentés, incluant les profils de raie d'hélium neutre améliorés de Beauchamp (1995) et le formalisme de probabilité d'occupation pour ce même atome. Ces modèles sont utilisés pour calculer une grille de spectres synthétiques correspondant à des atmosphères riches en hélium et contenant des traces d'hydrogène. Cette grille est utilisée pour déterminer les paramètres atmosphériques principaux des étoiles de notre échantillon, soient la température effective, la gravité de surface et l'abondance d'hydrogène. Notre échantillon contient des spectres visibles de haut rapport signal-sur-bruit pour 102 naines blanches riches en hélium, dont 29 ont été observés au cours de ce projet, ce qui en fait le plus grand échantillon de spectres de qualité de naines blanches riches en hélium. Des spectres synthétiques ont été calculés en utilisant différentes valeurs du paramètre α de la théorie de la longueur de mélange dans le but de calibrer empiriquement la valeur de ce paramètre pour les DB. Afin d'améliorer la précision sur les paramètres atmosphériques de quelques étoiles, nous avons utilisé des spectres couvrant la raie Hα pour mieux déterminer l'abondance d'hydrogène. Finalement, nous avons calculé la distribution de masse de notre échantillon et la fonction de luminosité des DB. La distribution de masse montre une coupure à 0.5 fois la masse solaire qui est prédite par les modèles d'évolution stellaire et dévoile une masse moyenne significativement plus élevée pour les étoiles de type DBA. La masse moyenne de l'ensemble des DB et DBA est très proche de celle des DA. La fonction de luminosité nous permet de calculer que le rapport du nombre de DB sur le nombre de DA vaut environ 25%.

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.

Modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux : applications aux étoiles sous-naines chaudes

Avec la mise en place dans les dernières années d'une grappe d'ordinateurs (CALYS) dédiés aux calculs de modèles stellaires pour notre groupe de recherche, il nous est désormais possible d'exploiter à leur plein potentiel les modèles d'atmosphères hors équilibre thermodynamique local (HETL) en y incluant des éléments métalliques. Ce type de modèles, plutôt exigeant en temps de calcul, est toutefois essentiel pour analyser correctement les spectres d'étoiles chaudes comme les sous-naines de type O (sdO). Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont comme point commun l'utilisation de tels modèles d'atmosphères pour faire l'analyse spectroscopique d'étoiles sous-naines chaudes dans des contextes variés. Le coeur de cette thèse porte sur Bd+28 4211, une étoile standard de type sdO très chaude, dans laquelle le problème des raies de Balmer, qui empêche de reproduire ces dernières avec une unique, et réaliste, combinaison de paramètres atmosphériques, est bien présent. Dans un premier temps nous présentons une analyse approfondie de son spectre ultraviolet (UV). Cela nous permet de déterminer les abondances de métaux dans l'atmosphère de l'étoile et de contraindre sa température effective et sa gravité de surface. Par la suite, ces résultats servent de point de départ à l'analyse du spectre optique de l'étoile, dans lequel le problème des raies de Balmer se fait sentir. Cette analyse nous permet de conclure que l'inclusion des abondances métalliques propres à l'étoile dans les modèles d'atmosphères HETL n'est pas suffisant pour surmonter le problème des raies de Balmer. Toutefois, en y incluant des abondances dix fois solaires, nous arrivons à reproduire correctement les raies de Balmer et d'hélium présentes dans les spectres visibles lors d'un ajustement de paramètres. De plus, les paramètres résultants concordent avec ceux indiqués par le spectre UV. Nous concluons que des sources d'opacité encore inconnues ou mal modélisées sont à la source de ce problème endémique aux étoiles chaudes. Par la suite nous faisons une étude spectroscopique de Feige 48, une étoile de type sdB pulsante particulièrement importante. Nous arrivons à reproduire très bien le spectre visible de cette étoile, incluant les nombreuses raies métalliques qui s'y trouvent. Les paramètres fondamentaux obtenus pour Feige 48 corroborent ceux déjà présents dans la littérature, qui ont été obtenus avec des types de modèles d'atmosphères moins sophistiqués, ce qui implique que les effets HETL couplés à la présence de métaux ne sont pas importants dans l'atmosphère de cette étoile particulière. Nous pouvons donc affirmer que les paramètres de cette étoile sont fiables et peuvent servir de base à une future étude astérosismologique quantitative. Finalement, 38 étoiles sous-naines chaudes appartenant à l'amas globulaire omega Centauri ont été analysées afin de déterminer, outre leur température et gravité de surface, leurs abondances d'hélium et de carbone. Nous montrons qu'il existe une corrélation entre les abondances photosphériques de ces deux éléments. Nous trouvons aussi des différences entre les étoiles riches en hélium de l'amas du celles du champ. Dans leur ensemble, nos résultats remettent en question notre compréhension du mécanisme de formation des sous-naines riches en hélium.

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.