The young, tight, and low-mass binary TWA22AB: a new calibrator for evolutionary models? Orbit, spectral types, and temperature

Context. Tight binaries discovered in young, nearby associations are ideal targets for providing dynamical mass measurements to test the physics of evolutionary models at young ages and very low masses. Aims. We report the binarity of TWA22 for the first time. We aim at monitoring the orbit of this young and tight system to determine its total dynamical mass using an accurate distance determination. We also intend to characterize the physical properties (luminosity, effective temperature, and surface gravity) of each component based on near-infrared photometric and spectroscopic observations. Methods. We used the adaptive-optics assisted imager NACO to resolve the components, to monitor the complete orbit and to obtain the relative near-infrared photometry of TWA22 AB. The adaptive-optics assisted integral field spectrometer SINFONI was also used to obtain medium-resolution (R(lambda) = 1500-2000) spectra in JHK bands. Comparison with empirical and synthetic librairies were necessary for deriving the spectral type, the effective temperature, and the surface gravity for each component of the system. Results. Based on an accurate trigonometric distance (17.5 +/- 0.2 pc) determination, we infer a total dynamical mass of 220 +/- 21 M(Jup) for the system. From the complete set of spectra, we find an effective temperature T(eff) = 2900(-200)(+200) K for TWA22A and T(eff) = 2900(-100)(+200) for TWA22 B and surface gravities between 4.0 and 5.5 dex. From our photometry and an M6 +/- 1 spectral type for both components, we find luminosities of log(L/L(circle dot)) = -2.11 +/- 0.13 dex and log(L/L(circle dot)) = -2.30 +/- 0.16 dex for TWA22 A and B, respectively. By comparing these parameters with evolutionary models, we question the age and the multiplicity of this system. We also discuss a possible underestimation of the mass predicted by evolutionary models for young stars close to the substellar boundary.

Beryllium abundances along the evolutionary sequence of the open cluster IC 4651-A new test for hydrodynamical stellar models

Context. Previous analyses of lithium abundances in main sequence and red giant stars have revealed the action of mixing mechanisms other than convection in stellar interiors. Beryllium abundances in stars with Li abundance determinations can offer valuable complementary information on the nature of these mechanisms. Aims. Our aim is to derive Be abundances along the whole evolutionary sequence of an open cluster. We focus on the well-studied open cluster IC 4651. These Be abundances are used with previously determined Li abundances, in the same sample stars, to investigate the mixing mechanisms in a range of stellar masses and evolutionary stages. Methods. Atmospheric parameters were adopted from a previous abundance analysis by the same authors. New Be abundances have been determined from high-resolution, high signal-to-noise UVES spectra using spectrum synthesis and model atmospheres. The careful synthetic modeling of the Be lines region is used to calculate reliable abundances in rapidly rotating stars. The observed behavior of Be and Li is compared to theoretical predictions from stellar models including rotation-induced mixing, internal gravity waves, atomic diffusion, and thermohaline mixing. Results. Beryllium is detected in all the main sequence and turn-off sample stars, both slow- and fast-rotating stars, including the Li-dip stars, but is not detected in the red giants. Confirming previous results, we find that the Li dip is also a Be dip, although the depletion of Be is more modest than for Li in the corresponding effective temperature range. For post-main-sequence stars, the Be dilution starts earlier within the Hertzsprung gap than expected from classical predictions, as does the Li dilution. A clear dispersion in the Be abundances is also observed. Theoretical stellar models including the hydrodynamical transport processes mentioned above are able to reproduce all the observed features well. These results show a good theoretical understanding of the Li and Be behavior along the color-magnitude diagram of this intermediate-age cluster for stars more massive than 1.2 M(circle dot).

High-frequency acousto-electric single-photon source

We propose a single optical photon source for quantum cryptography based on the acoustoelectric effect. Surface acoustic waves (SAWs) propagating through a quasi-one-dimensional channel have been shown to produce packets of electrons that reside in the SAW minima and travel at the velocity of sound. In our scheme, the electron packets are injected into a p-type region, resulting in photon emission. Since the number of electrons in each packet can be controlled down to a single electron, a stream of single- (or N-) photon states, with a creation time strongly correlated with the driving acoustic field, should be generated.

Associations involving delays (particularly long delays) between certain weather parameters and geomagnetic activity

Four sunspot-minimum periods (1963-1966, 1971-1977, 1983-1987 and 1992-1997) have been examined for the results which are presented. Using several different weather parameters, tropospheric gravity waves, enhanced cold fronts and two rainfall data sets in Eastern Australia, associations at reasonably high levels of significance have been found with enhanced geomagnetic activity (EGA). Statistically this EGA involved either short delays of several days or long delays of about 20 days. The geomagnetic parameters used were (a) the AE index (b) the hourly H component for a number of stations and (c) the daily K-P-sum value. The K-P-sum analyses have shown that the EGA associated with the delays form part of four or five cycles of recurrent geomagnetic activity for 27-day periodicities. Furthermore statistically two recurrent cycles are found to exist concurrently, one apparently related to the short delays and the other to the long delays. Periodicities of 13.5 days are created because the two sets are displaced from each other by approximately this interval. A brief reference is made to the 13.5 periodicity known to exist for geomagnetic activity and the evidence in the literature for active regions on the sun to be displaced by 180 degrees of solar longitude.

A numerical analysis of generalized Boussinesq-type equation using continuos/discontinuous FEM

An improved class of Boussinesq systems of an arbitrary order using a wave surface elevation and velocity potential formulation is derived. Dissipative effects and wave generation due to a time-dependent varying seabed are included. Thus, high-order source functions are considered. For the reduction of the system order and maintenance of some dispersive characteristics of the higher-order models, an extra O(mu 2n+2) term (n ??? N) is included in the velocity potential expansion. We introduce a nonlocal continuous/discontinuous Galerkin FEM with inner penalty terms to calculate the numerical solutions of the improved fourth-order models. The discretization of the spatial variables is made using continuous P2 Lagrange elements. A predictor-corrector scheme with an initialization given by an explicit RungeKutta method is also used for the time-variable integration. Moreover, a CFL-type condition is deduced for the linear problem with a constant bathymetry. To demonstrate the applicability of the model, we considered several test cases. Improved stability is achieved.

Acoustic transport of charge and spins in GaAs-based heterostructures

Report for the scientific sojourn carried out at the Paul Drude Institut für Festkörperelektronik of the Stanford University, USA, from 2010 to 2012. The objective of this project is the transport and control of electronic charge and spin along GaAs-based semiconductor heterostructures. The electronic transport has been achieved by taking advantage of the piezolectric field induced by surface acoustic waves in non-centrosymmetric materials like GaAs. This piezolectric field separates photogenerated electrons and holes at different positions along the acoustic wave, where they acummulate and are transported at the same velocity as the wave. Two different kinds of structures have been studied: quantum wells grown along the (110) direction, both intrinsic and n-doped, as well as GaAs nanowires. The analysis of the charge acoustic transport was performed by micro-photoluminescence, whereas the detection of the spin transport was done either by analyzing the polarization state of the emitted photoluminescence or by Kerr reflectometry. Our results in GaAs quantum wells show that charge and spin transport is clearly observed at the non-doped structures,obtaining spin lifetimes of the order of several nanoseconds, whereas no acoutically induced spin transport was detected for the n-doped quantum wells. In the GaAs nanowires, we were able of transporting successfully both electrons and holes along the nanowire axis, but no conservation of the spin polarization has been observed until now. The photoluminescence emitted by these structures after acoustic transport, however, shows anti-bunching characteristics, making this system a very good candidate for its use as single photon emitters.

Open inflation and the singulary boundary

The singularity in the Hawking-Turok model of open inflation has some appealing properties, such as the fact that its action is integrable. Also, if one thinks of the singularity as the boundary of spacetime, then the Gibbons-Hawking term is nonvanishing and finite. Here, we consider a model where the gravitational and scalar fields are coupled to a dynamical membrane. The singular instanton can then be obtained as the limit of a family of no-boundary solutions where both the geometry and the scalar field are regular. Using this procedure, the contribution of the singularity to the Euclidean action is just 1/3 of the Gibbons-Hawking term. Unrelated to this issue, we also point out that the singularity acts as a reflecting boundary for scalar perturbations and gravity waves. Therefore, the quantization of cosmological perturbations seems to be well posed in this background.

Observation of phonon-induced magnetic deflagration in manganites

Very fast magnetic avalanches in (La, Pr)-based manganites are the signature of a phase transition from an insulating blocked charge-ordered antiferromagnetic state to a charge-delocalized ferromagnetic (CD-FM) state. We report here the experimental observation that this transition does not occur either simultaneously or randomly in the whole sample but there is instead a spatial propagation with a velocity of the order of tens of m/s. Our results show that avalanches originate from the inside of the sample, move to the outside, and occur at values of the applied magnetic field that depend on the CD-FM fraction in the sample. Moreover, upon application of surface acoustic waves at constant magnetic fields, we are able to trigger avalanches at very well-determined values of the temperature and magnetic field. Due to the interaction with the acoustic waves, the number of isolated ferromagnetic clusters in La0.225Pr0.40Ca0.375MnO3 starts to grow across the entire sample in the same way as if it were a magnetic deflagration.

Quantum magnetic deflagration in Mn12 acetate

We report controlled ignition of magnetization reversal avalanches by surface acoustic waves in a single crystal of Mn12 acetate. Our data show that the speed of the avalanche exhibits maxima on the magnetic field at the tunneling resonances of Mn12. Combined with the evidence of magnetic deflagration in Mn12 acetate [Y. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 95, 147201 (2005)], this suggests a novel physical phenomenon: deflagration assisted by quantum tunneling.

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%.

Calculs de modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux pour les étoiles de type sdO : le cas particulier de SDSS J1600+0748

Nous présentons nos grilles de modèles d'atmosphères pour les étoiles sous-naines chaudes de type O (sdO) soit : des modèles classiques hors-ETL H, He, des modèles hors-ETL avec, en plus, du C, N, O et finalement des modèles incluant C, N, O, Fe. En utilisant les raies de Balmer et d'hélium dans le domaine du visible, nous avons fait des comparaisons entre les spectres théoriques de nos différentes grilles afin de caractériser les effets des métaux. On trouve que ces effets dépendent à la fois de la température et de la gravité. De plus, l'abondance d'hélium a une influence importante sur les effets des métaux; une abondance d'hélium faible (log N(He)/N(H) < -1,5) occasionne des effets assez importants alors qu'une abondance plus élevée tend à réduire ces mêmes effets. Nous avons aussi trouvé que l'ajout du fer (en abondance solaire) ne cause que des changements relativement faibles à la structure en température et, par le fait même, aux profils des raies d'hydrogène et d'hélium, par rapport aux changements déjà produits par le C, N, O (en abondance solaire). Nous avons utilisé nos grilles pour faire une analyse spectroscopique du spectre à haut signal sur bruit (180) et basse résolution (9 Å) de SDSS J160043.6+074802.9 obtenu au télescope Bok. Notre meilleure ajustement a été obtenu avec notre grille de spectres synthétiques incluant C, N, O et Fe en quantité solaire, menant aux paramètres suivants : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6,09 ± 0,07, and log N(He)/N(H) = -0,64 ± 0,05, où les incertitudes proviennent uniquement de la procédure d'ajustement. Ces paramètres atmosphériques, particulièrement la valeur de l'abondance d'hélium, placent notre étoile dans une région où les effets des métaux ne sont pas très marqués.

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.

Caractérisation photométrique et spectroscopique de compagnons sous-stellaires de faible masse autour d'étoiles de la région de formation Upper Scorpius

Suite à la découverte d’environ 2000 naines brunes au cours des deux dernières décennies, on commence à bien comprendre la physique de ces objets de masse intermédiaire entre les étoiles et les planètes. Malgré tout, les modèles d’atmosphère et d’évolution de ces objets peu massifs peinent toujours à reproduire fidèlement leurs caractéristiques pour les âges les plus jeunes. Ce travail propose la caractérisation de quatre compagnons de masse sous-stellaire (8-30 MJup) en orbite à grande séparation (300-900 UA) autour d'étoiles jeunes (5 Ma) de la région de formation Upper Scorpius. De nouveaux spectres (0,9-2,5 um) et de nouvelles mesures photométriques (YJHKsL') sont présentés et analysés, dans le but de déterminer la masse, température effective, luminosité et gravité de surface de ces compagnons, tout en évaluant la fidélité avec laquelle les spectres synthétiques tirés de deux modèles d’atmosphère récents reproduisent les spectres observés.

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.

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.