Recherche de champs magnétiques chez les étoiles Wolf-Rayet par l'analyse d'observations spectropolarimétriques.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée.

Étude de l'hétérogénéité et de la cinématique du puissant vent stellaire de trois étoiles Wolf-Rayet très chaudes de la séquence d'azote

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude de l'hétérogénéité et de la cinématique du puissant vent stellaire de trois étoiles Wolf-Rayet très chaudes de la séquence d'azote

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

Étude observationnelle de la collision des vents dans les systèmes Wolf-Rayet+O

Nous présentons les résultats de trois campagnes d'observation d'un mois chacune dans le cadre de l'étude de la collision des vents dans les systèmes binaires Wolf-Rayet + OB. Ce travail se concentre sur l'étude des objets de l'hémisphère sud n'ayant jamais encore fait l'objet d'études poussées dans ce contexte. À cela, nous avons ajouté l'objet archétype pour ce type de systèmes : WR 140 (WC7pd + O5.5fc) qui a effectué son dernier passage périastre en janvier 2009. Les deux premières campagnes (spectroscopiques), ont permis une mise à jour des éléments orbitaux ainsi qu'une estimation de la géométrie de la zone de collision des vents et d'autres paramètres fondamentaux des étoiles pour 6 systèmes binaires : WR 12 (WN8h), 21 (WN5o+O7V), 30 (WC6+O7.5V), 31 (WN4o+O8), 47 (WN6o+O5) et 140. Une période non-orbitale courte (probablement reliée à la rotation) a également été mesurée pour un des objets : WR 69 (WC9d+OB), avec une période orbitale bien plus grande. La troisième campagne (photométrique) a révélé une variabilité étonnamment faible dans un échantillon de 20 étoiles WC8/9. Cela supporte l'idée que les pulsations ne sont pas courantes dans ce type d'étoiles et qu'il est peu probable que celles-ci soient le mécanisme dominant de formation de poussière, suggérant, par défaut, le rôle prédominant de la collision des vents.

Étude de la variabilité spectroscopique d’un échantillon d’étoiles Wolf-Rayet de type WC9

Nous savons que la grande majorité des étoiles WC9 produit de la poussière à base de carbone. Cette dernière doit se former dans des zones de très haute densité afin de survivre à l’environnement hostile qu’est celui du vent d’une étoile WR. Les étoiles WC appartenant à un système binaire WR + O produisent de la poussière quand les vents des deux étoiles entrent en collision et forment une zone de choc pouvant augmenter la densité du gaz d’un facteur 1000. Par contre, plusieurs étoiles WC9 n’ont, à ce jour, montré aucun signe de la présence d’un compagnon. Le but du projet est de tenter d’identifier un mécanisme alternatif responsable de la formation de poussière dans les étoiles WC9 n’appartenant pas à un système binaire. Nous présentons les résultats d’une campagne d’observation visant à caractériser la variabilité spectroscopique d’un échantillon de huit étoiles WC9 et une étoile WC8d. Nos résultats indiquent que la majorité des étoiles montrent des variations à grande échelle dans la raie d’émission C III 5696, soit à un niveau d’au moins 5% du flux de la raie et que les structures dans le vent ont une dispersion de vitesses de l’ordre de 150-300 km/s. De manière générale, les variations de vitesse radiales sont anti-corrélées avec le coefficient d’asymétrie de la raie, ce qui semble infirmer la présence d’un compagnon. Des observations en photométrie de l’étoile WR103 montrent une période de 9.1 ± 0.6 jours qui s’accorde avec les variations spectroscopiques et qui ne semble pas, de manière évidente, d’origine binaire.

Gemini observations of Wolf-Rayet stars in the Local Group starburst galaxy IC 10

We present Gemini-N GMOS and CFHT MOS spectroscopy of Wolf-Rayet candidates in the Local Group dwarf galaxy IC 10 that were previously identified by Massey et al. and Royer et al. From the present spectroscopic survey, the WC/WN ratio for IC 10 remains unusually high, given its low metallicity, although none of the WC9 stars suspected from narrow-band imaging are confirmed. Our spectroscopy confirms 9 newly discovered Wolf-Rayet candidates from Royer et al., whilst spectral types of 14 Wolf-Rayet stars previously observed by Massey & Armandroff are refined here. In total, there are 26 spectroscopically confirmed Wolf-Rayet stars in IC 10. All but one of the fourteen WC stars are WC4-6 stars, the exception being # 10 from Massey et al., a broad-lined, apparently single WC7 star. There are a total of eleven WN stars, which are predominantly early WN3-4 stars, but include a rare WN10 star, # 8 from Royer et al. # 5 from Massey et al. is newly identified as a transition WN/C star. Consequently, the WC/WN ratio for IC10 is 14/11similar to1.3, unusually high for a metal-poor galaxy. Re-evaluating recent photometric data of Massey & Holmes, we suggest that the true WC/WN ratio may not be as low as similar to0.3. Finally, we present ground-based finding charts for all confirmed WR stars, plus HST/WFPC2 charts for twelve cases.

Étude spectroscopique du système WR145: une étoile Wolf-Rayet hybride WN/C dont le vent entre en collision avec le vent de son compagnon O

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Wolf-Rayet optically thick winds with Alfven waves

The Wolf-Rayet (WR) stars are hot luminous objects which are suffering an extreme mass loss via a continuous stellar wind. The high values of mass loss rates and high terminal velocities of the WR stellar winds constitute a challenge to the theories of radiation driven winds. Several authors incorporated magnetic forces to the line driven mechanism in order to explain these characteristics of the wind. Observations indicate that the WR stellar winds may reach, at the photosphere, velocities of the order of the terminal values, which means that an important part of the wind acceleration occurs at the optically thick region. The aim of this study is to analyze a model in which the wind in a WR star begins to be accelerated in the optically thick part of the wind. We used as initial conditions stellar parameters taken from the literature and solved the energy, mass and momentum equations. We demonstrate that the acceleration only by radiative forces is prevented by the general behavior of the opacities. Combining radiative forces plus a flux of Alfven waves, we found in the simulations a fast drop in the wind density profile which strongly reduces the extension of the optically thick region and the wind becomes optically thin too close its base. The understanding how the WR wind initiate is still an open issue. (C) 2010 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Étude du système binaire CV Ser à l'aide du satellite MOST

Ce mémoire s’intéresse au système binaire massif CV Serpentis, composé d’une Wolf- Rayet riche en carbone et d’une étoile de la séquence principale, de type spectral O (WC8d + O8-9IV). D’abord, certains phénomènes affectant les étoiles massives sont mentionnés, de leur passage sur la séquence principale à leur mort (supernova). Au cours du premier cha- pitre, un rappel est fait concernant certaines bases de l’astrophysique stellaire observa- tionnelle (diagramme Hertzsprung-Russell, phases évolutives, etc...). Au chapitre suivant, un des aspects les plus importants de la vie des étoiles massives est abordé : la perte de masse sous forme de vents stellaires. Un historique de la découverte des vents ouvre le chapitre, suivi des fondements théoriques permettant d’expliquer ce phénomène. Ensuite, différents aspects propres aux vents stellaires sont présentés. Au troisième chapitre, un historique détaillé de CV Ser est présenté en guise d’introduc- tion à cet objet singulier. Ses principales caractéristiques connues y sont mentionnées. Finalement, le cœur de ce mémoire se retrouve au chapitre 4. Des courbes de lumière ultra précises du satellite MOST (2009 et 2010) montrent une variation apparente du taux de perte de masse de la WR de l’ordre de 62% sur une période orbitale de 29.701 jours. L’analyse des résidus permet de trouver une signature suggérant la présence de régions d’interaction en corotation (en anglais corotating interaction regions, ou CIR) dans le vent WR. Une nouvelle solution orbitale est présentée ainsi que les paramètres de la région de collision des vents et les types spectraux sont confirmés.

A study of the large-scale structure of the wind of WR 134

Diverses méthodes ont été utilisées pour étudier les étoiles Wolf-Rayet (WR) dans le but de comprendre les phénomènes physiques variés qui prennent place dans leur vent dense. Pour étudier la variabilité qui n'est pas strictement périodique et ayant des caractéristiques différentes d'une époque à l'autre, il faut observer pendant des périodes de temps suffisamment longues en adopter un échantillonnage temporel élevé pour être en mesure d'identifier les phénomènes physiques sous-jacents. À l'été 2013, des astronomes professionnels et amateurs du monde entier ont contribué à une campagne d'observation de 4 mois, principalement en spectroscopie, mais aussi en photométrie, polarimétrie et en interférométrie, pour observer les 3 premières étoiles Wolf-Rayet découvertes: WR 134 (WN6b), WR 135 (WC8) et WR 137 (WC7pd + O9). Chacune de ces étoiles est intéressante à sa manière, chacune présentant une variété différente de structures dans son vent. Les données spectroscopiques de cette campagne ont été réduites et analysées pour l'étoile présumée simple WR 134 pour mieux comprendre le comportement de sa variabilité périodique à long terme dans le cadre d'une étude des régions d'interactions en corotation (CIRs) qui se retrouvent dans son vent. Les résultats de cette étude sont présentés dans ce mémoire.

Chemical abundances and winds of massive stars in M31: a B-type supergiant and a WC star in OB 10

We present high quality spectroscopic data for two massive stars in the OB 10 association of M31, OB 10-64 (B0 la) and OB 10-WRI (WC6). Medium resolution spectra of both stars were obtained using the ISIS spectrograph on the William Herschel Telescope. This is supplemented with Hubble Space Telescope STIS UV spectroscopy and Keck I HIRES data for OB 10-64. A non- local thermodynamic equilibrium (LTE) model atmosphere and abundance analysis for OB 10-64 is presented, indicating that this star has similar photospheric CNO, Mg and Si abundances to solar neighbourhood massive stars. A wind analysis of this early B-type supergiant reveals a mass-loss rate of (M)over dot = 1.6 x 10(-6) M-circle dot yr(-1), and v(infinity) = 1650 km s(-1). The corresponding wind momentum is in good agreement with the wind momentum-luminosity relationship found for Galactic early-B supergiants. Observations of OB 10-WRI are analysed using a non-LTE, line-blanketed code, to reveal approximate stellar parameters of log L/L-circle dot similar to 5.7, T-* - 75 kK, v(infinity) similar to 3000 km s(-1), (M)over dot/(M-circle dot yr(-1)) similar to 10(-4.3) adopting a clumped wind with a filling factor of 10 per cent. Quantitative comparisons are made with the Galactic WC6 star HD 92809 (WR23) revealing that OB 10-WR1 is 0.4 dex more luminous, though it has a much lower C/He ratio (similar to0.1 versus 0.3 for HD 92809). Our study represents the first detailed, chemical model atmosphere analysis for either a B-type supergiant or a Wolf- Rayet (WR) star in Andromeda, and shows the potential of how such studies can provide new information on the chemical evolution of galaxies and the evolution of massive stars in the local Universe.

Multiple major outbursts from a restless luminous blue variable in NGC 3432

We present new photometric and spectroscopic observations of an unusual luminous blue variable (LBV) in NGC 3432, covering three major outbursts in 2008 October, 2009 April and 2009 November. Previously, this star experienced an outburst also in 2000 (known as SN 2000ch). During outbursts the star reached an absolute magnitude between -12.1 and -12.8. Its spectrum showed H, He I and Fe II lines with P-Cygni profiles during and soon after the eruptive phases, while only intermediate-width lines in pure emission (including He II lambda 4686) were visible during quiescence. The fast-evolving light curve soon after the outbursts, the quasi-modulated light curve, the peak magnitude and the overall spectral properties are consistent with multiple episodes of variability of an extremely active LBV. However, the widths of the spectral lines indicate unusually high wind velocities (1500-2800 km s-1), similar to those observed in Wolf-Rayet stars. Although modulated light curves are typical of LBVs during the S-Dor variability phase, the luminous maxima and the high frequency of outbursts are unexpected in S-Dor variables. Such extreme variability may be associated with repeated ejection episodes during a giant eruption of an LBV. Alternatively, it may be indicative of a high level of instability shortly preceding the core-collapse or due to interaction with a massive, binary companion. In this context, the variable in NGC 3432 shares some similarities with the famous stellar system HD 5980 in the Small Magellanic Cloud, which includes an erupting LBV and an early Wolf-Rayet star.

A low-energy core-collapse supernova without a hydrogen envelope

The final fate of massive stars depends on many factors. Theory suggests that some with initial masses greater than 25 to 30 solar masses end up as Wolf-Rayet stars, which are deficient in hydrogen in their outer layers because of mass loss through strong stellar winds. The most massive of these stars have cores which may form a black hole and theory predicts that the resulting explosion of some of them produces ejecta of low kinetic energy, a faint optical luminosity and a small mass fraction of radioactive nickel. An alternative origin for low-energy supernovae is the collapse of the oxygen-neon core of a star of 7-9 solar masses. No weak, hydrogen-deficient, core-collapse supernovae have hitherto been seen. Here we report that SN 2008ha is a faint hydrogen-poor supernova. We propose that other similar events have been observed but have been misclassified as peculiar thermonuclear supernovae (sometimes labelled SN 2002cx-like events). This discovery could link these faint supernovae to some long-duration gamma-ray bursts, because extremely faint, hydrogen-stripped core-collapse supernovae have been proposed to produce such long gamma-ray bursts, the afterglows of which do not show evidence of associated supernovae.

The death of massive stars - I. Observational constraints on the progenitors of Type II-P supernovae

We present the results of a 10.5-yr, volume-limited (28-Mpc) search for supernova (SN) progenitor stars. In doing so we compile all SNe discovered within this volume (132, of which 27 per cent are Type Ia) and determine the relative rates of each subtype from literature studies. The core-collapse SNe break down into 59 per cent II-P and 29 per cent Ib/c, with the remainder being IIb (5 per cent), IIn (4 per cent) and II-L (3 per cent). There have been 20 II-P SNe with high-quality optical or near-infrared pre-explosion images that allow a meaningful search for the progenitor stars. In five cases they are clearly red supergiants, one case is unconstrained, two fall on compact coeval star clusters and the other twelve have no progenitor detected. We review and update all the available data for the host galaxies and SN environments (distance, metallicity and extinction) and determine masses and upper mass estimates for these 20 progenitor stars using the STARS stellar evolutionary code and a single consistent homogeneous method. A maximum likelihood calculation suggests that the minimum stellar mass for a Type II-P to form is m(min) = 8.5(-1.5)(+1) M-circle dot and the maximum mass for II-P progenitors is m(max) = 16.5 +/- 1.5 M-circle dot, assuming a Salpeter initial mass function holds for the progenitor population (in the range Gamma = -1.35(-0.7)(+0.3)). The minimum mass is consistent with current estimates for the upper limit to white dwarf progenitor masses, but the maximum mass does not appear consistent with massive star populations in Local Group galaxies. Red supergiants in the Local Group have masses up to 25 M-circle dot and the minimum mass to produce a Wolf-Rayet star in single star evolution (between solar and LMC metallicity) is similarly 25-30 M-circle dot. The reason we have not detected any high-mass red supergiant progenitors above 17 M-circle dot is unclear, but we estimate that it is statistically significant at 2.4 sigma confidence. Two simple reasons for this could be that we have systematically underestimated the progenitor masses due to dust extinction or that stars between 17-25 M-circle dot produce other kinds of SNe which are not II-P. We discuss these possibilities and find that neither provides a satisfactory solution. We term this discrepancy the 'red supergiant problem' and speculate that these stars could have core masses high enough to form black holes and SNe which are too faint to have been detected. We compare the Ni-56 masses ejected in the SNe to the progenitor mass estimates and find that low-luminosity SNe with low Ni-56 production are most likely to arise from explosions of low-mass progenitors near the mass threshold that can produce a core-collapse.