The rotational broadening of V395 Carinae. Implications on the compact object's mass

Context: The masses previously obtained for the X-ray binary 2S 0921-630 inferred a compact object that was either a high-mass neutron star or low-mass black-hole, but used a previously published value for the rotational broadening (v sin i) with large uncertainties. Aims: We aim to determine an accurate mass for the compact object through an improved measurement of the secondary star's projected equatorial rotational velocity. Methods: We have used UVES echelle spectroscopy to determine the v sin i of the secondary star (V395 Car) in the low-mass X-ray binary 2S 0921-630 by comparison to an artificially broadened spectral-type template star. In addition, we have also measured v sin i from a single high signal-to-noise ratio absorption line profile calculated using the method of Least-Squares Deconvolution (LSD). Results: We determine v sin i to lie between 31.3±0.5 km s-1 to 34.7±0.5 km s-1 (assuming zero and continuum limb darkening, respectively) in disagreement with previous results based on intermediate resolution spectroscopy obtained with the 3.6 m NTT. Using our revised v sin i value in combination with the secondary star's radial velocity gives a binary mass ratio of 0.281±0.034. Furthermore, assuming a binary inclination angle of 75° gives a compact object mass of 1.37±0.13 M_?. Conclusions: We find that using relatively low-resolution spectroscopy can result in systemic uncertainties in the measured v sin i values obtained using standard methods. We suggest the use of LSD as a secondary, reliable check of the results as LSD allows one to directly discern the shape of the absorption line profile. In the light of the new v sin i measurement, we have revised down the compact object's mass, such that it is now compatible with a canonical neutron star mass.

Carbon chemistry in Galactic bulge planetary nebulae

Galactic bulge planetary nebulae show evidence of mixed chemistry with emission from both silicate dust and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). This mixed chemistry is unlikely to be related to carbon dredge-up, as third dredge-up is not expected to occur in the low-mass bulge stars. We show that the phenomenon is widespread and is seen in 30 nebulae out of 40 of our sample, selected on the basis of their infrared flux. Hubble Space Telescope (HST) images and Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) spectra show that the mixed chemistry is not related to the presence of emission-line stars, as it is in the Galactic disc population. We also rule out interaction with the interstellar medium (ISM) as origin of the PAHs. Instead, a strong correlation is found with morphology and the presence of a dense torus. A chemical model is presented which shows that hydrocarbon chains can form within oxygen-rich gas through gas-phase chemical reactions. The model predicts two layers, one at A_V~ 1.5, where small hydrocarbons form from reactions with C+, and one at A_V~ 4, where larger chains (and by implication, PAHs) form from reactions with neutral, atomic carbon. These reactions take place in a mini-photon-dominated region (PDR). We conclude that the mixed-chemistry phenomenon occurring in the Galactic bulge planetary nebulae is best explained through hydrocarbon chemistry in an ultraviolet (UV)-irradiated, dense torus.

WASP-34b: a near-grazing transiting sub-Jupiter-mass exoplanet in a hierarchical triple system

We report the discovery of WASP-34b, a sub-Jupiter-mass exoplanet transiting its 10.4-magnitude solar-type host star (1SWASP J110135.89-235138.4; TYC 6636-540-1) every 4.3177 days in a slightly eccentric orbit (e = 0.038±0.012). We find a planetary mass of 0.59±0.01 MJup and radius of 1.22-0.08+0.11 RJup. There is a linear trend in the radial velocities of 55±4 m s-1 y-1 indicating the presence of a long-period third body in the system with a mass ?0.45 MJup at a distance of ?1.2 AU from the host star. This third-body is either a low-mass star, a white dwarf, or another planet. The transit depth ((RP/Rstar)2 = 0.0126) and high impact parameter (b = 0.90) suggest that this could be the first known transiting exoplanet expected to undergo grazing transits, but with a confidence of only 80%. Radial velocity and photometric data are only available in electronic form at the CDS via anonymous ftp to cdsarc.u-strasbg.fr (130.79.128.5) or via http://cdsarc.u-strasbg.fr/viz-bin/qcat?J/A+A/526/A130

Stellar jitter from variable gravitational redshift: implications for radial velocity confirmation of habitable exoplanets

A variation of gravitational redshift, arising from stellar radius fluctuations, will introduce astrophysical noise into radial velocity measurements by shifting the centroid of the observed spectral lines. Shifting the centroid does not necessarily introduce line asymmetries. This is fundamentally different from other types of stellar jitter so far identified, which do result from line asymmetries. Furthermore, only a very small change in stellar radius, ˜0.01 per cent, is necessary to generate a gravitational redshift variation large enough to mask or mimic an Earth-twin. We explore possible mechanisms for stellar radius fluctuations in low-mass stars. Convective inhibition due to varying magnetic field strengths and the Wilson depression of starspots are both found to induce substantial gravitational redshift variations. Finally, we investigate a possible method for monitoring/correcting this newly identified potential source of jitter and comment on its impact for future exoplanet searches.

Luminosity and mass limits for the progenitor of the type Ic supernova 2004gt in NGC 4038

We report on our attempts to locate the progenitor of the Type Ic supernova SN 2004gt in NGC 4038. We use high-resolution HST ACS images of SN 2004gt and have compared them with deep pre-explosion HST WFPC2 F336W, F439W, F555W, and F814W images. We identify the SN location on the pre-explosion frames with an accuracy of 5 mas. We show that the progenitor is below the detection thresholds of all the pre-explosion images. These detection limits are used to place luminosity and mass limits on the progenitor. The progenitor of SN 2004gt seems to be restricted to a low-luminosity high-temperature star, either a single WC star with an initial mass of > 40 M-circle dot or a low-mass star in a binary. The pre-explosion data cannot distinguish between the two scenarios.

Molecular line emission from a protoplanetary disk irradiated externally by a nearby massive star

Star formation often occurs within or nearby stellar clusters. Irradiation by nearby massive stars can photoevaporate protoplanetary disks around young stars (so-called proplyds) which raises questions regarding the ability of planet formation to take place in these environments. We investigate the two-dimensional physical and chemical structure of a protoplanetary disk surrounding a low-mass (T Tauri) star which is irradiated by a nearby massive O-type star to determine the survivability and observability of molecules in proplyds. Compared with an isolated star-disk system, the gas temperature ranges from a factor of a few (in the disk midplane) to around two orders of magnitude (in the disk surface) higher in the irradiated disk. Although the UV flux in the outer disk, in particular, is several orders of magnitude higher, the surface density of the disk is sufficient for effective shielding of the disk midplane so that the disk remains predominantly molecular in nature. We also find that non-volatile molecules, such as HCN and H2O, are able to freeze out onto dust grains in the disk midplane so that the formation of icy planetesimals, e.g., comets, may also be possible in proplyds. We have calculated the molecular line emission from the disk assuming LTE and determined that multiple transitions of atomic carbon, CO (and isotopologues, 13CO and C18O), HCO+, CN, and HCN may be observable with ALMA, allowing characterization of the gas column density, temperature, and optical depth in proplyds at the distance of Orion (˜400 pc).

Galactic Bulge PNe:Carbon molecules in oxygen-rich environments

Galactic bulge planetary nebulae show evidence of mixed chemistry with emission from both silicate dust and PAHs. This mixed chemistry is unlikely to be related to carbon dredge up, as third dredge-up is not expected to occur in the low mass bulge stars. We show that the phenomenon is widespread, and is seen in 30 nebulae out of our sample of 40. A strong correlation is found between strength of the PAH bands and morphology, in particular, the presence of a dense torus. A chemical model is presented which shows that hydrocarbon chains can form within oxygen-rich gas through gas-phase chemical reactions. We conclude that the mixed chemistry phenomenon occurring in the galactic bulge planetary nebulae is best explained through hydrocarbon chemistry in an UV-irradiated, dense torus. © 2012 International Astronomical Union.

EL CVn-type binaries - Discovery of 17 helium white dwarf precursors in bright eclipsing binary star systems

The star 1SWASP J024743.37-251549.2 was recently discovered to be a binary star in which an A-type dwarf star eclipses the remnant of a disrupted red giant star (WASP 0247-25 B). The remnant is in a rarely observed state evolving to higher effective temperatures at nearly constant luminosity prior to becoming a very low mass white dwarf composed almost entirely of helium, i.e. it is a pre-helium white dwarf (pre-He-WD). We have used the photometric database from theWide Angle Search for Planets (WASP) to find 17 eclipsing binary stars with orbital periods P = 0.7-2.2 d with similar light curves to 1SWASP J024743.37-251549.2. The only star in this group previously identified as a variable star is the brightest one, EL CVn, which we adopt as the prototype for this class of eclipsing binary star. The characteristic light curves of EL CVn-type stars show a total eclipse by an A-type dwarf star of a smaller, hotter star and a secondary eclipse of comparable depth to the primary eclipse. We have used new spectroscopic observations for six of these systems to confirm that the companions to the A-type stars in these binaries have very low masses (≈0.2M⊙). This includes the companion to EL CVn which was not previously known to be a pre-He-WD. EL CVn-type binary star systems will enable us to study the formation of very low mass white dwarfs in great detail, particularly in those cases where the pre-He-WD star shows non-radial pulsations similar to those recently discovered in WASP0247-25 B. © 2013 The Authors Published by Oxford University Press on behalf of the Royal Astronomical Society.

The spotty donor star in the X-ray transient Cen X-4

We accurately determine the fundamental system parameters of the neutron star X-ray transient Cen X-4 solely using phase-resolved high-resolution UV-Visual Echelle Spectrograph spectroscopy. We first determine the radial-velocity curve of the secondary star and then model the shape of the phase-resolved absorption line profiles using an X-ray binary model. The model computes the exact rotationally broadened, phase-resolved spectrum and does not depend on assumptions about the rotation profile, limb-darkening coefficients and the effects of contamination from an accretion disc. We determine the secondary star-to-neutron star binary mass ratio to be 0.1755 ± 0.0025, which is an order of magnitude more accurate than previous estimates. We also constrain the inclination angle to be 32^{+8}_{-2} degrees. Combining these values with the results of the radial-velocity study gives a neutron star mass of 1.94^{+0.37}_{-0.85}M⊙ consistent with previous estimates. Finally, we perform the first Roche tomography reconstruction of the secondary star in an X-ray binary. The tomogram reveals surface inhomogeneities that are due to the presence of cool starspots. A large cool polar spot, similar to that seen in Doppler images of rapidly rotating isolated stars, is present on the Northern hemisphere of the K7 secondary star and we estimate that ~4 percent of the total surface area of the donor star is covered with spots.This evidence for starspots supports the idea that magnetic braking plays an important role in the evolution of low-mass X-ray binaries.

Where are the mid-sized flares of ultracool M dwarfs?

We propose to observe the M8.5 dwarf SCR J1845-6357 with XMM-Newton EPIC for 60 ks. Very low-mass M dwarfs show a distinct drop in X-ray luminosity compared to slightly more massive M dwarfs. Surprisingly, this does not happen at the mass threshold where M dwarfs become fully convective (M4), but at significantly lower masses (M8). These very low mass stars seem to have a flaring behaviour different from earlier type stars: they display either occasional large flares or a very low-level "flickering" in their X-ray light curves, but not the canonical power-law flare-energy distribution observed for the Sun and other cool stars. Our aim is to collect a long-duration light curve for one of the most nearby ultracool dwarfs to quantify how its flare-energy distribution differs from earlier type stars.

Étude de l’étoile Wolf-Rayet variable WR 46 dans l’ultraviolet lointain et les rayons X

L’étoile Wolf-Rayet WR 46 est connue pour sa variabilité complexe sur des échelles de temps relativement courtes de quelques heures et sur des échelles de temps plus longues de plusieurs mois. Des décalages périodiques mais intermittents en vitesse radiale ont déjà été observés dans ses raies d’émission optiques. Plusieurs périodes photométriques ont aussi été mesurées dans le passé. Des pulsations non-radiales, une modulation liée à la rotation rapide, ou encore la présence d’un compagnon de faible masse dont la présence reste à confirmer ont été proposées pour expliquer le comportement de l’étoile sur des échelles de temps de quelques heures. Dans un effort pour dévoiler sa vraie nature, nous avons observé WR 46 avec le satellite FUSE sur plusieurs cycles de variabilité à court terme. Nous avons trouvé des variations sur une échelle de temps d’environ 7,5 heures dans le continu ultraviolet lointain, dans l’aile bleue de la composante d’absorption du profil P Cygni du doublet de O vi 1032, 1038, ainsi que dans la composante d’absorption du profil P Cygni de S vi 933, 944. Nous avons également récupéré des données archivées de cette étoile obtenues avec le satellite XMM-Newton. La courbe de lumière en rayons X montre des variations sur une échelle de temps similaire aux courbes de lumière du continu ultraviolet et ultraviolet lointain, et le spectre rayons X de WR 46 est très mou avec un pic d’émission à des énergies plus faibles que 1 keV. Nous discutons des différentes contraintes sur la nature de la variabilité de cette étoile que ces nouvelles observations aident à poser. Parmi les scénarios suggérés, nous concluons que celui des pulsations non-radiales est le plus probable, bien que nous soyons encore loin d’une compréhension détaillée de WR 46.

Recherche d’étoiles jeunes de faible masse dans le voisinage solaire

Formées lors de l’effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz moléculaire, les étoiles naissantes auront différentes masses variant entre 0.08 et environ 100M . La majorité de la population stellaire de la Galaxie est constituée d’étoiles dont la masse est inférieure à environ 0.6 M . Le dernier évènement de formation stellaire dans le voisinage solaire s’est produit dans la bulle locale il y a au plus 100 millions d’années, vraisemblablement provoqué par le passage d’une onde de choc dans le bras local de la Galaxie. C’est ainsi que se formèrent de jeunes associations d’étoiles dont les membres se caractérisent en particulier par une vitesse spatiale et une position commune dans la Galaxie. Les associations jeunes étant peu densément peuplées et relativement proches du Soleil, leurs membres se font plutôt rares et dispersés sur toute la voûte céleste. Jusqu’à présent, surtout les étoiles les plus massives (brillantes) ont été répertoriées. Les étoiles jeunes de faible masse, constituant la majorité de la population, restent pour la plupart à être identifiées. Les étoiles jeunes de faible masse représentent une population clef pour contraindre les modèles évolutifs des étoiles M et des naines brunes. Elles sont également d’excellentes candidates pour chercher des exoplanètes via les techniques d’imagerie directe. Ce mémoire présente une nouvelle méthode utilisant un modèle cinématique enrichi d’une analyse statistique Bayesienne pour identifier des étoiles jeunes de faible masse dans les associations beta Pictoris, Tucana-Horologium et AB Doradus. À partir d’un échantillon de 1080 étoiles K et M, toutes comportant des indicateurs de jeunesse tels l’émission Halpha et une forte luminosité dans les rayons X, leurs propriétés cinématiques (mouvement propre) et photométriques sont analysées pour en extraire 98 candidates hautement probables membres d’une des trois associations. Une confirmation de leur statut comme membre nécessitera en particulier une mesure de leur vitesse radiale (prédit par notre analyse) et une mesure de la largeur équivalente du lithium à 6708 Å pour mieux contraindre leur âge.

Étude de variabilité photométrique infrarouge de naines brunes

Les naines brunes sont des objets astronomiques de faible masse ( 0.012 - 0.075 M_Sun ) et de basse température ( T < 3,500 K ). Bien qu’elles se forment comme des étoiles, c’est-à-dire par l’effondrement d’un nuage de gaz moléculaire, les naines brunes n’ont pas une masse suffisante pour entretenir des réactions de fusion nucléaire en leur coeur. Les naines brunes relativement chaudes (type L) sont recouvertes de nuages de poussière mais ces derniers disparaissent progressivement de l’atmosphère lorsque la température chute sous les 1,500 K (type T). Les naines brunes près de la transition L/T devraient donc être partiellement recouvertes de nuages. De par leur rotation relativement rapide (2 h - 12 h), le couvert nuageux inhomogène des naines brunes devrait produire une variabilité photométrique observable en bande J (1.2 um), la longueur d’onde à laquelle les nuages ont la plus forte opacité. Ce mémoire présente les résultats d’une recherche de variabilité photométrique infrarouge pour une dizaine de naines brunes de type spectral près de la transition L/T. Les observations, obtenues à l’Observatoire du Mont-Mégantic, ont permis le suivi photométrique en bande J de neuf cibles. Une seule d’entre elles, SDSS J105213.51+442255.7 (T0.5), montre des variations périodiques sur une période d’environ 3 heures avec une amplitude pic-à-pic variant entre 40 et 80 mmag. Pour les huit autres cibles, on peut imposer des limites (3 sigma) de variabilité périodique à moins de 15 mmag pour des périodes entre 1 et 6 heures. Ces résultats supportent l’hypothèse qu’un couvert nuageux partiel existe pour des naines brunes près de la transition L/T mais ce phénomène demeure relativement peu fréquent.

Détection de nouvelles candidates au rang de naines brunes de types spectraux plus tardifs que T5 avec le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)

Les naines brunes sont, en termes de masse, les objets astrophysiques intermédiaires entre les planètes géantes gazeuses et les étoiles de faible masse. Elles se forment de la même manière que les étoiles, par contraction gravitationnelle d’un fragment de nuage de gaz moléculaire ayant atteint la limite de Jeans, mais se différencient par leur incapa- cité à produire les réactions de fusion de l’hydrogène dans leur cœur. Les naines brunes sont par conséquent des objets qui se refroidissent graduellement, et dont les propriétés spectrales évoluent au cours du temps. Ce mémoire présente la recherche de nouvelles candidates de type spectral T tardif et Y, dans le but de compléter le relevé des naines brunes du voisinage solaire. Cette recherche est motivée par deux objectifs principaux. Premièrement, un échantillon com- plet des objets de faible masse est nécessaire pour contraindre correctement la limite aux faibles masses de la fonction de masse initiale des nuages interstellaires, problème clé en astrophysique actuellement. Deuxièmement, les naines brunes de types spectraux tardifs sont les objets stellaires dont les propriétés atmosphériques sont les plus semblables à celles des planètes géantes gazeuses. Par conséquent, la recherche de nouvelles naines brunes permet indirectement d’améliorer nos connaissances des exoplanètes, sans être contraints par la proximité d’étoiles brillantes. À partir du WISE All-Sky Source Catalog, nous avons établi un échantillon de 55 candidates naines brunes répondant aux critères photométriques attendus. Parmi ces can- didates, 17 ont fait l’objet d’un suivi photométrique en bande J à l’Observatoire du Mont-Mégantic, et 9 ont pu être détectées. De ces 9 détections, 4 objets présentent des mouvements propres cohérents avec ceux de naines brunes.

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.