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.

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212.

The peculiar Type Ia supernova iPTF14atg: Chandrasekhar-mass explosion or violent merger?

iPTF14atg, a subluminous peculiar Type Ia supernova (SN Ia) similar to SN 2002es, is the first SN Ia for which a strong UV flash was observed in the early-time light curves. This has been interpreted as evidence for a single-degenerate (SD) progenitor system, where such a signal is expected from interactions between the SN ejecta and the non-degenerate companion star. Here, we compare synthetic observables of multidimensional state-of-the-art explosion models for different progenitor scenarios to the light curves and spectra of iPTF14atg. From our models, we have difficulties explaining the spectral evolution of iPTF14atg within the SD progenitor channel. In contrast, we find that a violent merger of two carbon-oxygen white dwarfs with 0.9 and 0.76 M⊙, respectively, provides an excellent match to the spectral evolution of iPTF14atg from 10 d before to several weeks after maximum light. Our merger model does not naturally explain the initial UV flash of iPTF14atg. We discuss several possibilities like interactions of the SN ejecta with the circumstellar medium and surface radioactivity from an He-ignited merger that may be able to account for the early UV emission in violent merger models.

The crowded magnetosphere of the post-common-envelope binary QS Virginis

We present high-speed photometry and high-resolution spectroscopy of the eclipsing post-common-envelope binary QS Virginis (QS Vir). Our Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) spectra span multiple orbits over more than a year and reveal the presence of several large prominences passing in front of both the M star and its white dwarf companion, allowing us to triangulate their positions. Despite showing small variations on a time-scale of days, they persist for more than a year and may last decades. One large prominence extends almost three stellar radii from the M star. Roche tomography reveals that the M star is heavily spotted and that these spots are long-lived and in relatively fixed locations, preferentially found on the hemisphere facing the white dwarf. We also determine precise binary and physical parameters for the system. We find that the 14 220 ± 350 K white dwarf is relatively massive, 0.782 ± 0.013 M⊙, and has a radius of 0.010 68 ± 0.000 07 R⊙, consistent with evolutionary models. The tidally distorted M star has a mass of 0.382 ± 0.006 M⊙ and a radius of 0.381 ± 0.003 R⊙, also consistent with evolutionary models. We find that the magnesium absorption line from the white dwarf is broader than expected. This could be due to rotation (implying a spin period of only ˜700 s), or due to a weak (˜100 kG) magnetic field, we favour the latter interpretation. Since the M star's radius is still within its Roche lobe and there is no evidence that it is overinflated, we conclude that QS Vir is most likely a pre-cataclysmic binary just about to become semidetached.

Three-dimensional simulations of gravitationally confined detonations compared to observations of SN 1991T

The gravitationally confined detonation (GCD) model has been proposed as a possible explosion mechanism for Type Ia supernovae in the single-degenerate evolution channel. It starts with ignition of a deflagration in a single off-centre bubble in a near-Chandrasekhar-mass white dwarf. Driven by buoyancy, the deflagration flame rises in a narrow cone towards the surface. For the most part, the main component of the flow of the expanding ashes remains radial, but upon reaching the outer, low-pressure layers of the white dwarf, an additional lateral component develops. This causes the deflagration ashes to converge again at the opposite side, where the compression heats fuel and a detonation may be launched. We first performed five three-dimensional hydrodynamic simulations of the deflagration phase in 1.4 M⊙ carbon/oxygen white dwarfs at intermediate-resolution (2563computational zones). We confirm that the closer the initial deflagration is ignited to the centre, the slower the buoyant rise and the longer the deflagration ashes takes to break out and close in on the opposite pole to collide. To test the GCD explosion model, we then performed a high-resolution (5123 computational zones) simulation for a model with an ignition spot offset near the upper limit of what is still justifiable, 200 km. This high-resolution simulation met our deliberately optimistic detonation criteria, and we initiated a detonation. The detonation burned through the white dwarf and led to its complete disruption. For this model, we determined detailed nucleosynthetic yields by post-processing 106 tracer particles with a 384 nuclide reaction network, and we present multi-band light curves and time-dependent optical spectra. We find that our synthetic observables show a prominent viewing-angle sensitivity in ultraviolet and blue wavelength bands, which contradicts observed SNe Ia. The strong dependence on the viewing angle is caused by the asymmetric distribution of the deflagration ashes in the outer ejecta layers. Finally, we compared our model to SN 1991T. The overall flux level of the model is slightly too low, and the model predicts pre-maximum light spectral features due to Ca, S, and Si that are too strong. Furthermore, the model chemical abundance stratification qualitatively disagrees with recent abundance tomography results in two key areas: our model lacks low-velocity stable Fe and instead has copious amounts of high-velocity 56Ni and stable Fe. We therefore do not find good agreement of the model with SN 1991T.

Near-infraread observation of supernovae with the Nordic Optical Telescope (NOT)

Supernova (SN) is an explosion of a star at the end of its lifetime. SNe are classified to two types, namely type I and II through the optical spectra. They have been categorised based on their explosion mechanism, to core collapse supernovae (CCSNe) and thermonuclear supernovae. The CCSNe group which includes types IIP, IIn, IIL, IIb, Ib, and Ic are produced when a massive star with initial mass more than 8 M⊙ explodes due to a collapse of its iron core. On the other hand, thermonuclear SNe originate from white dwarfs (WDs) made of carbon and oxygen, in a binary system. Infrared astronomy covers observations of astronomical objects in infrared radiation. The infrared sky is not completely dark and it is variable. Observations of SNe in the infrared give different information than optical observations. Data reduction is required to correct raw data from for example unusable pixels and sky background. In this project, the NOTCam package in the IRAF was used for the data reduction. For measuring magnitudes of SNe, the aperture photometry method with the Gaia program was used. In this Master’s thesis, near-infrared (NIR) observations of three supernovae of type IIn (namely LSQ13zm, SN 2009ip and SN2011jb), one type IIb (SN2012ey), in addition to one type Ic (SN2012ej) and type IIP (SN 2013gd) are studied with emphasis on luminosity and colour evolution. All observations were done with the Nordic Optical Telescope (NOT). Here, we used the classification by Mattila & Meikle (2001) [76], where the SNe are differentiated by the infrared light curves into two groups, namely ’ordinary’ and ’slowly declining’. The light curves and colour evolution of these supernovae were obtained in J, H and Ks bands. In this study, our data, combined with other observations, provide evidence to categorize LSQ13zm, SN 2012ej and SN 2012ey as being part of the ordinary type. We found interesting NIR behaviour of SN 2011jb, which lead it to be classified as a slowly declining type.

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212.

Recherche et analyse d'étoiles naines blanches chimiquement stratiées dans le Sloan Digital Sky Survey

Ce mémoire présente une recherche détaillée et une analyse des étoiles naines blanches hybrides chimiquement stratifiées dans le Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Une seule étoile stratifiée, PG 1305-017, était connue avant notre recherche. L'objectif principal est de confirmer l'existence de plusieurs nouvelles étoiles stratifiées. Pour ce faire, il a fallu dans un premier temps développer une nouvelle génération de modèles d'atmosphère à partir de ceux de Bergeron et al. (1991) et Tremblay & Bergeron (2009). Nous y avons ajouté l'opacité de toutes les raies d'hélium et les calculs nécessaires pour tenir compte de la stratification chimique de l'atmosphère, où une mince quantité d’hydrogène flotte en équilibre diffusif au-dessus d’une enveloppe massive d’hélium. En parallèle, nous avons aussi calculé des modèles standards, chimiquement homogènes. Ensuite, nous avons sélectionné des naines blanches chaudes (Teff > 30,000 K) de type spectral hybride (traces d'hélium et d'hydrogène) parmi les ~38,000 naines blanches répertoriées dans le SDSS. Un total de 52 spectres d'étoile a été retenu dans notre échantillon final. La technique spectroscopique, c'est-à-dire l'ajustement des raies spectrales des modèles sur un spectre observé, a été appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon. Nous avons ainsi mesuré la température effective, la gravité de surface et la composition chimique de l'atmosphère de ces étoiles. Par l'ajustement simultané de modèles stratifiés et homogènes, nous avons aussi pu déterminer si les étoiles étaient stratifiées ou non. Nous identifions ainsi 14 naines blanches stratifiées. Nous tirons de ces résultats plusieurs conclusions sur les processus physiques expliquant la présence d'hélium dans l'atmosphère.

Recherche et analyse d'étoiles naines blanches chimiquement stratiées dans le Sloan Digital Sky Survey

Ce mémoire présente une recherche détaillée et une analyse des étoiles naines blanches hybrides chimiquement stratifiées dans le Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Une seule étoile stratifiée, PG 1305-017, était connue avant notre recherche. L'objectif principal est de confirmer l'existence de plusieurs nouvelles étoiles stratifiées. Pour ce faire, il a fallu dans un premier temps développer une nouvelle génération de modèles d'atmosphère à partir de ceux de Bergeron et al. (1991) et Tremblay & Bergeron (2009). Nous y avons ajouté l'opacité de toutes les raies d'hélium et les calculs nécessaires pour tenir compte de la stratification chimique de l'atmosphère, où une mince quantité d’hydrogène flotte en équilibre diffusif au-dessus d’une enveloppe massive d’hélium. En parallèle, nous avons aussi calculé des modèles standards, chimiquement homogènes. Ensuite, nous avons sélectionné des naines blanches chaudes (Teff > 30,000 K) de type spectral hybride (traces d'hélium et d'hydrogène) parmi les ~38,000 naines blanches répertoriées dans le SDSS. Un total de 52 spectres d'étoile a été retenu dans notre échantillon final. La technique spectroscopique, c'est-à-dire l'ajustement des raies spectrales des modèles sur un spectre observé, a été appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon. Nous avons ainsi mesuré la température effective, la gravité de surface et la composition chimique de l'atmosphère de ces étoiles. Par l'ajustement simultané de modèles stratifiés et homogènes, nous avons aussi pu déterminer si les étoiles étaient stratifiées ou non. Nous identifions ainsi 14 naines blanches stratifiées. Nous tirons de ces résultats plusieurs conclusions sur les processus physiques expliquant la présence d'hélium dans l'atmosphère.

Snow White and the seven dwarfs.

La malvada Reina es muy vanidosa y está decidida a ser la mujer más hermosa sobre la tierra, pero su espejo mágico le desvela que la más bella es la princesa Blancanieves que trabaja de criada en el palacio. Pero nadie puede interponerse en su camino como descubre la hermosa Blancanieves.

The VLT/NaCo large program to probe the occurrence of exoplanets and brown dwarfs at wide orbits II. Survey description, results, and performances

Context. Young, nearby stars are ideal targets for direct imaging searches for giant planets and brown dwarf companions. After the first-imaged planet discoveries, vast efforts have been devoted to the statistical analysis of the occurence and orbital distributions of giant planets and brown dwarf companions at wide (>= 5-6 AU) orbits. Aims. In anticipation of the VLT/SPHERE planet-imager, guaranteed-time programs, we have conducted a preparatory survey of 86 stars between 2009 and 2013 to identify new faint comoving companions to ultimately analyze the occurence of giant planets and brown dwarf companions at wide (10-2000 AU) orbits around young, solar-type stars. Methods. We used NaCo at VLT to explore the occurrence rate of giant planets and brown dwarfs between typically 0.1 and 8 ''. Diffraction-limited observations in H-band combined with angular differential imaging enabled us to reach primary star-companion brightness ratios as small as 10(-6) at 1.5 ''. Repeated observations at several epochs enabled us to discriminate comoving companions from background objects. Results. During our survey, twelve systems were resolved as new binaries, including the discovery of a new white dwarf companion to the star HD8049. Around 34 stars, at least one companion candidate was detected in the observed field of view. More than 400 faint sources were detected; 90% of them were in four crowded fields. With the exception of HD8049 B, we did not identify any new comoving companions. The survey also led to spatially resolved images of the thin debris disk around HD61005 that have been published earlier. Finally, considering the survey detection limits, we derive a preliminary upper limit on the frequency of giant planets for the semi-major axes of [10, 2000] AU: typically less than 15% between 100 and 500 AU and less than 10% between 50 and 500 AU for exoplanets that are more massive than 5 M-Jup and 10 M-Jup respectively, if we consider a uniform input distribution and a confidence level of 95%. Conclusions. The results from this survey agree with earlier programs emphasizing that massive, gas giant companions on wide orbits around solar-type stars are rare. These results will be part of a broader analysis of a total of similar to 210 young, solar-type stars to bring further statistical constraints for theoretical models of planetary formation and evolution.