High-contrast imaging search for planets and brown dwarfs around the most massive stars in the solar neighborhood

There has been a long-standing discussion in the literature as to whether core accretion or disk instability is the dominant mode of planet formation. Over the last decade, several lines of evidence have been presented showing that core accretion is most likely the dominant mechanism for the close-in population of planets probed by radial velocity and transits. However, this does not by itself prove that core accretion is the dominant mode for the total planet population, since disk instability might conceivably produce and retain large numbers of planets in the far-out regions of the disk. If this is a relevant scenario, then the outer massive disks of B-stars should be among the best places for massive planets and brown dwarfs to form and reside. In this study, we present high-contrast imaging of 18 nearby massive stars of which 15 are in the B2-A0 spectral-type range and provide excellent sensitivity to wide companions. By comparing our sensitivities to model predictions of disk instability based on physical criteria for fragmentation and cooling, and using Monte Carlo simulations for orbital distributions, we find that ~85% of such companions should have been detected in our images on average. Given this high degree of completeness, stringent statistical limits can be set from the null-detection result, even with the limited sample size. We find that

The AstraLux large M-dwarf multiplicity survey

We present the results of an extensive high-resolution imaging survey of M-dwarf multiplicity using the Lucky Imaging technique. The survey made use of the AstraLux Norte camera at the Calar Alto 2.2m telescope and the AstraLux Sur camera at the ESO New Technology Telescope in order to cover nearly the full sky. In total, 761 stars were observed (701M-type and 60 late K-type), among which 182 new and 37 previously known companions were detected in 205 systems. Most of the targets have been observed during two or more epochs, and could be confirmed as physical companions through common proper motion, often with orbital motion being confirmed in addition. After accounting for various bias effects, we find a total M-dwarf multiplicity fraction of 27% ± 3% within the AstraLux detection range of 008-6? (semimajor axes of ~3-227 AU at a median distance of 30pc). We examine various statistical multiplicity properties within the sample, such as the trend of multiplicity fraction with stellar mass and the semimajor axis distribution. The results indicate that M-dwarfs are largely consistent with constituting an intermediate step in a continuous distribution from higher-mass stars down to brown dwarfs. Along with other observational results in the literature, this provides further indications that stars and brown dwarfs may share a common formation mechanism, rather than being distinct populations. © 2012. The American Astronomical Society. All rights reserved.

Lucky Imaging of transiting planet host stars with LuckyCam

We obtained high-resolution, high-contrast optical imaging in the Sloan Digital Sky Survey i′ band with the LuckyCam camera mounted on the 2.56 m Nordic Optical Telescope, to search for faint stellar companions to 16 stars harbouring transiting exoplanets. The Lucky imaging technique uses very short exposures to obtain near diffraction-limited images yielding sub-arcsecond sensitivity, allowing us to search for faint stellar companions within the seeing disc of the primary planet host. Here, we report the detection of two candidate stellar companions to the planet host TrES-1 at separations <6.5 arcsec and we confirm stellar companions to CoRoT-2, CoRoT-3, TrES-2, TrES-4 and HAT-P-7 already known in the literature. We do not confirm the candidate companions to HAT-P-8 found via Lucky imaging by Bergfors et al., however, most probably because HAT-P-8 was observed in poor seeing conditions. Our detection sensitivity limits allow us to place constraints on the spectral types and masses of the putative bound companions to the planet host stars in our sample. If bound, the stellar companions identified in this work would provide stringent observational constraints to models of planet formation and evolution. In addition, these companions could affect the derived physical properties of the exoplanets in these systems.

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.

State architecture: subsidiarity, devolution, federalism and independence

This chapter examines the current ‘architecture’ of the British state, in particular the way in which governmental power is distributed among the nations of the United Kingdom. The theme of this chapter will be to show how the continuing (and, as James Bryce argued, inevitable) tension between centripetal and centrifugal forces can be usefully applied to power relations between the various nations of the United Kingdom, and between these nations and Europe, providing a basis for analyzing how these nations are drawn or impelled by some forces towards a centralized unitary polity, whilst at the same time other forces tend towards dispersion of power. The resulting pattern might be analyzed along a spectrum from centralization to independence, with subsidiarity, devolution and federalism being seen as weigh stations along the way, but given how complex the variations in the distribution of power between these nations and the centre have become over time, the construction of any static architectural blueprint of the British state is bound to be misleading. Indeed, the architectural metaphor, with its implications of stability might usefully be rethought.

A Correlation Between Host Star Activity and Planet Mass for Close-in Extrasolar Planets?

The activity levels of stars are influenced by several stellar properties, such as stellar rotation, spectral type, and the presence of stellar companions. Analogous to binaries, planetary companions are also thought to be able to cause higher activity levels in their host stars, although at lower levels. Especially in X-rays, such influences are hard to detect because coronae of cool stars exhibit a considerable amount of intrinsic variability. Recently, a correlation between the mass of close-in exoplanets and their host star's X-ray luminosity has been detected, based on archival X-ray data from the ROSAT All-Sky Survey. This finding has been interpreted as evidence for star-planet interactions. We show in our analysis that this correlation is caused by selection effects due to the flux limit of the X-ray data used and due to the intrinsic planet detectability of the radial velocity method, and thus does not trace possible planet-induced effects. We also show that the correlation is not present in a corresponding complete sample derived from combined XMM-Newton and ROSAT data.

Italian Canzone d'autore and Greek Entechno tragoudi: a comparative overview

‘Canzone d’autore’ is the name that a vast community of Italian music critics, authors, per-formers, producers agreed upon in the mid-1970s, to describe the Italian singer-songwriter genre. Singer-songwriters, who had been missing from Italian popular music – with very few exceptions – until the late 1950s, had become increasingly popular after 1958, and were dubbed ‘cantautori’ in 1960. The term, which propagated to Spain, Catalonia, and Latin Amer-ica, is still in use, but ‘canzone d’autore’ superseded it as a genre label, highlighting the con-nections between authorship and artistic value, implied in the already established notion of ‘Cinéma d’auteur’ from which it was derived.

The expression ‘entechno laiko tragoudi’ (‘art-folk song’) was coined in Greece by Mikis The-odorakis in the 1950s, to describe a new music genre combining the urban-folk musical idi-om with lyrics coming from high-art poetry. Although the origins of the genre are tied to the work of composers like Theodorakis and Hatzidakis who did not perform as singers, from the 1970s onwards entechno became the privileged field of new generations of Greek singer-songwriters. Dropping ‘laiko’ (folk) from its label, entechno expanded its musical influences outside the urban-folk repertory and transformed into the more all-encompassing contempo-rary ‘art song’.

Female plumage spottiness and parasite resistance in the barn owl (Tyto alba)

The hypothesis that extravagant ornaments signal parasite resistance has received support in several species for ornamented males but more rarely for ornamented females. However, recent theories have proposed that females should often be under sexual selection, and therefore females may signal the heritable capacity to resist parasites. We investigated this hypothesis in the socially monogamous barn owl, Tyto alba, in which females exhibit on average more and larger black spots on the plumage than males, and in which males were suggested to choose a mate with respect to female plumage spottiness. We hypothesized that the proportion of the plumage surface covered by black spots signals parasite resistance. In line with this hypothesis, we found that the ectoparasitic fly, Carnus hemapterus, was less abundant on young raised by more heavily spotted females and those flies were less fecund. In an experiment, where entire clutches were cross-fostered between nests, we found that the fecundity of the flies collected on nestlings was negatively correlated with the genetic mother's plumage spottiness. These results suggest that the ability to resist parasites covaries with the extent of female plumage spottiness. Among females collected dead along roads, those with a lot of black spots had a small bursa of Fabricius. Given that parasites bigger the development of this immune organ, this observation further suggests that more spotted females are usually less parasitized. The same analyses performed on male plumage spottiness all provided non-significant results. To our knowledge, this study is the first one showing that a heritable secondary sexual characteristics displayed by females reflects parasite resistance.

Imagerie à haut contraste et caractérisation d'exoplanètes par la spectroscopie intégrale de champ

Cette thèse porte sur l’amélioration des techniques d’imagerie à haut-contraste permettant la détection directe de compagnons à de faibles séparations de leur étoile hôte. Plus précisément, elle s’inscrit dans le développement du Gemini Planet Imager (GPI) qui est un instrument de deuxième génération pour les télescopes Gemini. Cette caméra utilisera un spectromètre à champ intégral (SCI) pour caractériser les compagnons détectés et pour réduire le bruit de tavelure limitant leur détection et corrigera la turbulence atmosphérique à un niveau encore jamais atteint en utilisant deux miroirs déformables dans son système d’optique adaptative (OA) : le woofer et le tweeter. Le woofer corrigera les aberrations de basses fréquences spatiales et de grandes amplitudes alors que le tweeter compensera les aberrations de plus hautes fréquences ayant une plus faible amplitude. Dans un premier temps, les performances pouvant être atteintes à l’aide des SCIs présentement en fonction sur les télescopes de 8-10 m sont investiguées en observant le compagnon de l’étoile GQ Lup à l’aide du SCI NIFS et du système OA ALTAIR installés sur le télescope Gemini Nord. La technique de l’imagerie différentielle angulaire (IDA) est utilisée pour atténuer le bruit de tavelure d’un facteur 2 à 6. Les spectres obtenus en bandes JHK ont été utilisés pour contraindre la masse du compagnon par comparaison avec les prédictions des modèles atmosphériques et évolutifs à 8−60 MJup, où MJup représente la masse de Jupiter. Ainsi, il est déterminé qu’il s’agit plus probablement d’une naine brune que d’une planète. Comme les SCIs présentement en fonction sont des caméras polyvalentes pouvant être utilisées pour plusieurs domaines de l’astrophysique, leur conception n’a pas été optimisée pour l’imagerie à haut-contraste. Ainsi, la deuxième étape de cette thèse a consisté à concevoir et tester en laboratoire un prototype de SCI optimisé pour cette tâche. Quatre algorithmes de suppression du bruit de tavelure ont été testés sur les données obtenues : la simple différence, la double différence, la déconvolution spectrale ainsi qu’un nouvel algorithme développé au sein de cette thèse baptisé l’algorithme des spectres jumeaux. Nous trouvons que l’algorithme des spectres jumeaux est le plus performant pour les deux types de compagnons testés : les compagnons méthaniques et non-méthaniques. Le rapport signal-sur-bruit de la détection a été amélioré d’un facteur allant jusqu’à 14 pour un compagnon méthanique et d’un facteur 2 pour un compagnon non-méthanique. Dernièrement, nous nous intéressons à certains problèmes liés à la séparation de la commande entre deux miroirs déformables dans le système OA de GPI. Nous présentons tout d’abord une méthode utilisant des calculs analytiques et des simulations Monte Carlo pour déterminer les paramètres clés du woofer tels que son diamètre, son nombre d’éléments actifs et leur course qui ont ensuite eu des répercussions sur le design général de l’instrument. Ensuite, le système étudié utilisant un reconstructeur de Fourier, nous proposons de séparer la commande entre les deux miroirs dans l’espace de Fourier et de limiter les modes transférés au woofer à ceux qu’il peut précisément reproduire. Dans le contexte de GPI, ceci permet de remplacer deux matrices de 1600×69 éléments nécessaires pour une séparation “classique” de la commande par une seule de 45×69 composantes et ainsi d’utiliser un processeur prêt à être utilisé plutôt qu’une architecture informatique plus complexe.

Détection et caractérisation de naines brunes et exoplanètes avec un filtre accordable pour applications dans l'espace

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique.

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.

Recherche et caractérisation de systèmes binaires dont l'une des composantes est de faible masse

Nous présentons la découverte de quatorze nouveaux systèmes binaires ayant une séparation supérieure à 250 UA et dont au moins l'une des composantes est une naine M ou une naine L. Ces systèmes ont d'abord été identifiés en cherchant des objets ayant un mouvement propre commun autour d'étoiles connues possédant un mouvement propre élevé, grâce à une corrélation croisée de grands relevés du ciel dans l'infrarouge proche (2MASS, SDSS et SIMP). Un suivi astrométrique, afin de confirmer le mouvement propre commun, a été réalisé sur toutes les cibles avec la caméra SIMON et/ou la caméra CPAPIR à l'Observatoire du Mont-Mégatic (OMM) ou à l'Observatoire interaméricain du Cerro Tololo (CTIO). Un suivi spectroscopique a aussi été effectué sur la plupart des compagnons avec GMOS ou GNIRS à Gemini afin de déterminer leurs types spectraux. La probabilité que deux objets forment un système binaire par hasard a été évaluée afin de s'assurer que les couples candidats que nous présentons soient réellement liés.Un de nos nouveaux systèmes a un compagnon de masse sous-stellaire : 2M1259+1001 (L4.5). L'étude des systèmes que nous avons découverts pourra, entre autre, nous aider à mieux comprendre les mécanismes de formation des étoiles de très faible masse et des naines brunes.