Étude des étoiles de la branche horizontale extrême par l'astérosismologie

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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.

Recherche et caractérisation des étoiles jeunes de faible masse dans le voisinage solaire

L'outil développé dans le cadre de cette thèse est disponible à l'adresse suivante: www.astro.umontreal.ca/~malo/banyan.php

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.

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.

Space-frequency block code with matched rotation for MIMO-OFDM system with limited feedback

This paper presents a novel matched rotation precoding (MRP) scheme to design a rate one space-frequency block code (SFBC) and a multirate SFBC for MIMO-OFDM systems with limited feedback. The proposed rate one MRP and multirate MRP can always achieve full transmit diversity and optimal system performance for arbitrary number of antennas, subcarrier intervals, and subcarrier groupings, with limited channel knowledge required by the transmit antennas. The optimization process of the rate one MRP is simple and easily visualized so that the optimal rotation angle can be derived explicitly, or even intuitively for some cases. The multirate MRP has a complex optimization process, but it has a better spectral efficiency and provides a relatively smooth balance between system performance and transmission rate. Simulations show that the proposed SFBC with MRP can overcome the diversity loss for specific propagation scenarios, always improve the system performance, and demonstrate flexible performance with large performance gain. Therefore the proposed SFBCs with MRP demonstrate flexibility and feasibility so that it is more suitable for a practical MIMO-OFDM system with dynamic parameters.

A comparative study of splint effectiveness in limiting forearm rotation

Study Design: Case Study Series.---------- Introduction: Restriction of forearm rotation may be required for effective management and rehabilitation of the upper limb after trauma.---------- Purpose of the Study: To compare the effectiveness of four splints in restricting forearm rotation.---------- Methods: Muenster, Sugartong, antipronation distal radioulnar joint (DRUJ), and standard wrist splints were fabricated for five healthy participants. Active range of motion (AROM) in forearm pronation and supination was measured with a goniometer for each splint, at the initial point of sensory feedback and during exertion of maximal force.---------- Results: Repeated-measures analysis of variance indicated significant differences between splints for all four AROM measures. Post hoc paired t-tests showed that the Sugartong splint was significantly more restrictive in pronation than the Muenster splint. The antipronation DRUJ splint provided significantly greater restriction in pronation than the standard wrist splint. No splints immobilized the forearm completely.---------- Conclusions: The Sugartong splint is recommended for maximal restriction in pronation, but individual patient characteristics require consideration in splint choice.

Three primary school students’ cognition about 3D rotation in a virtual reality learning environment

This paper reports on three primary school students’ explorations of 3D rotation in a virtual reality learning environment (VRLE) named VRMath. When asked to investigate if you would face the same direction when you turn right 45 degrees first then roll up 45 degrees, or when you roll up 45 degrees first then turn right 45 degrees, the students found that the different order of the two turns ended up with different directions in the VRLE. This was contrary to the students’ prior predictions based on using pen, paper and body movements. The findings of this study showed the difficulty young children have in perceiving and understanding the non-commutative nature of 3D rotation and the power of the computational VRLE in giving students experiences that they rarely have in real life with 3D manipulations and 3D mental movements.

Cognitive load and mental rotation : structuring orthographic projection for learning and problem solving

Cognitive load theory was used to generate a series of three experiments to investigate the effects of various worked example formats on learning orthographic projection. Experiments 1 and 2 investigated the benefits of presenting problems, conventional worked examples incorporating the final 2-D and 3-D representations only, and modified worked examples with several intermediate stages of rotation between the 2-D and 3-D representations. Modified worked examples proved superior to conventional worked examples without intermediate stages while conventional worked examples were, in turn, superior to problems. Experiment 3 investigated the consequences of varying the number and location of intermediate stages in the rotation trajectory and found three stages to be superior to one. A single intermediate stage was superior when nearer the 2-D than the 3-D end of the trajectory. It was concluded that (a) orthographic projection is learned best using worked examples with several intermediate stages and that (b) a linear relation between angle of rotation and problem difficulty did not hold for orthographic projection material. Cognitive load theory could be used to suggest the ideal location of the intermediate stages.

Position, rotation, and scale invariant recognition of images using higher-order spectra

A new approach to recognition of images using invariant features based on higher-order spectra is presented. Higher-order spectra are translation invariant because translation produces linear phase shifts which cancel. Scale and amplification invariance are satisfied by the phase of the integral of a higher-order spectrum along a radial line in higher-order frequency space because the contour of integration maps onto itself and both the real and imaginary parts are affected equally by the transformation. Rotation invariance is introduced by deriving invariants from the Radon transform of the image and using the cyclic-shift invariance property of the discrete Fourier transform magnitude. Results on synthetic and actual images show isolated, compact clusters in feature space and high classification accuracies

Mandatory auditor rotation : Australian evidence

A key part of the auditor independence reforms in Australia, as represented by Corporate Law Economic Reform Program (Audit Reform and Corporate Disclosure) Act 2004 (Cth) (CLERP 9), mandates audit partner rotation. The change was criticised predominantly due to the costs imposed on both the audit firms and the audit clients. This study examines the Australian experience post-CLERP 9 with mandated auditor rotation. Based on data of audit partner rotation over 2003–2009 (on average 1200 listed Australian companies over the sample period), we show that audit partner tenure sat at a median of 2–3 years, but that the maximum audit partner tenure was as high as 20 years in the pre-CLERP 9 period. For around 85% of the market, audit partner rotation occurred voluntarily at between 1–5 years. The interesting result is that for 15% of the market, the mandated audit partner rotation had a significant impact on corporate governance practice. There is also a greater observed impact of mandatory rotation on audit engagements involving the non-global auditing firms. These findings inform the debate as to the ‘costliness’ of the law reform.

Lost in translation (and rotation) : rapid extrinsic calibration for 2D and 3D LIDARs

This paper describes a novel method for determining the extrinsic calibration parameters between 2D and 3D LIDAR sensors with respect to a vehicle base frame. To recover the calibration parameters we attempt to optimize the quality of a 3D point cloud produced by the vehicle as it traverses an unknown, unmodified environment. The point cloud quality metric is derived from Rényi Quadratic Entropy and quantifies the compactness of the point distribution using only a single tuning parameter. We also present a fast approximate method to reduce the computational requirements of the entropy evaluation, allowing unsupervised calibration in vast environments with millions of points. The algorithm is analyzed using real world data gathered in many locations, showing robust calibration performance and substantial speed improvements from the approximations.