Mass extinctions, galactic orbits in the solar neighborhood and the Sun: a connection?

The orbits of the stars in the disk of the Galaxy, and their passages through the Galactic spiral arms, are a rarely mentioned factor of biosphere stability which might be important for long-term planetary climate evolution, with a possible bearing on mass extinctions. The Sun lies very near the co-rotation radius, where stars revolve around the Galaxy in the same period as the density wave perturbations of the spiral arms. conventional wisdom generally considers that this status makes for few passages through the spiral arms. Controversy still surrounds whether time spent inside or around spiral arms is dangerous to biospheres and conductive to mass extinctions. Possible threats include giant molecular clouds disturbing the Oort comet cloud and provoking heavy bombardment: a higher exposure to cosmic rays near star forming regions triggering increased cloudiness in Earth atmosphere and ice ages; and the desctruction of Earth's ozone layer posed by supernova explosiosn. We present detailed calculations of the history of spiral arm passages for all 212 solar-type stars nearer than 20 parsecs, including the total time spent inside armsin the last 500 Myr, when the spiral arm position can be traced with good accuracy. We found that there is a large diversity of stellar orbits in the solar neighborhood, and the time fraction spent inside spiral arms can vary from a few percent to nearly half the time. The Sun, despite its proximity to the galactic co-rotation radius, has exceptionally low eccentricity and a low vertical velocity component, and therefore spends 30% of its lifetime crossing the spiral arms, more than most nearby stars. We discuss the possible implications of this fact to the long-term habitability of the Earth, and possible correlations of the Sun's passage through the spiral arms with the five great mass extinctions of the Earth's biosphere from the Late Ordovician to the Cretaceous-Tertiary.

High resolution spectroscopic characterization of the FGK stars in the Solar neighborhood

We present the most recent results of our ongoing long-term high resolution spectroscopic study of nearby (d ≤ 25 pc) FGK stars which aim is to characterize the local properties of the Galaxy, in particular the star-formation history. A through analysis has been carried out for 253 cool stars in the solar neighborhood. This includes radial and rotational velocities determinations, chromospheric activity levels inference, kinematic analysis, and age estimates. This study does not only shed new light on the issue of stellar formation history but also contributes to any present or future mission aiming to detect extra-solar planets. Exo-planets are likely to be found orbiting around nearby cool stars and their detection and characterization is highly dependent on the precise determination of fundamental stellar parameters such as age, activity levels. Therefore, our study is of paramount importance to ensure the success of any such mission.

Post T Tauri stars in the solar neighborhood: isolated or members of young associations and moving groups

Post T Tauri stars (PTTS) are late-type stars in the age range between 10 and 100 Myr filling the gap between T Tauri (TTs) and zero-age: main sequence phases. This period of evolution remains ambiguous and until now different studies of young stars have failed to find the numbers of PTTS that are expected. In the last years, some PTTS have been identified among the X-ray detected pre-main sequence stars in some star-forming regions. More recently, additional PTTS have been identified in young associations and moving groups (β Pic, TW Hya, Tucana/Horologium, and the AB Dor). However, many isolated PTTS still remain undiscovered. In this contribution, we compiled the PTTS previously identified in the literature, and identified new candidates using the information provided by the high resolution spectra obtained during our surveys of late-type stars possible members to young moving groups, FGK stars in the solar neighborhood, and RasTyc sample. To identify PTTS we applied an age-oriented definition using relative age indicators (Li abundance, chromospheric and coronal emission and the kinematics) as well as color-magnitude diagrams and pre-main sequence isochrones.

New constraints on the chemical evolution of the solar neighbourhood and Galactic disc(s) Improved astrophysical parameters for the Geneva-Copenhagen Survey

We present a re-analysis of the Geneva-Copenhagen survey, which benefits from the infrared flux method to improve the accuracy of the derived stellar effective temperatures and uses the latter to build a consistent and improved metallicity scale. Metallicities are calibrated on high-resolution spectroscopy and checked against four open clusters and a moving group, showing excellent consistency. The new temperature and metallicity scales provide a better match to theoretical isochrones, which are used for a Bayesian analysis of stellar ages. With respect to previous analyses, our stars are on average 100 K hotter and 0.1 dex more metal rich, which shift the peak of the metallicity distribution function around the solar value. From Stromgren photometry we are able to derive for the first time a proxy for [alpha/Fe] abundances, which enables us to perform a tentative dissection of the chemical thin and thick disc. We find evidence for the latter being composed of an old, mildly but systematically alpha-enhanced population that extends to super solar metallicities, in agreement with spectroscopic studies. Our revision offers the largest existing kinematically unbiased sample of the solar neighbourhood that contains full information on kinematics, metallicities, and ages and thus provides better constraints on the physical processes relevant in the build-up of the Milky Way disc, enabling a better understanding of the Sun in a Galactic context.

Chemical similarities between Galactic bulge and local thick disk red giant stars

Context. The evolution of the Milky Way bulge and its relationship with the other Galactic populations is still poorly understood. The bulge has been suggested to be either a merger-driven classical bulge or the product of a dynamical instability of the inner disk. Aims. To probe the star formation history, the initial mass function and stellar nucleosynthesis of the bulge, we performed an elemental abundance analysis of bulge red giant stars. We also completed an identical study of local thin disk, thick disk and halo giants to establish the chemical differences and similarities between the various populations. Methods. High-resolution infrared spectra of 19 bulge giants and 49 comparison giants in the solar neighborhood were acquired with Gemini/Phoenix. All stars have similar stellar parameters but cover a broad range in metallicity. A standard 1D local thermodynamic equilibrium analysis yielded the abundances of C, N, O and Fe. A homogeneous and differential analysis of the bulge, halo, thin disk and thick disk stars ensured that systematic errors were minimized. Results. We confirm the well-established differences for [O/Fe] (at a given metallicity) between the local thin and thick disks. For the elements investigated, we find no chemical distinction between the bulge and the local thick disk, which is in contrast to previous studies relying on literature values for disk dwarf stars in the solar neighborhood. Conclusions. Our findings suggest that the bulge and local thick disk experienced similar, but not necessarily shared, chemical evolution histories. We argue that their formation timescales, star formation rates and initial mass functions were similar.

Chemical evolution models for spiral disks: the Milky Way, M31, and M33

Context. The distribution of chemical abundances and their variation with time are important tools for understanding the chemical evolution of galaxies. In particular, the study of chemical evolution models can improve our understanding of the basic assumptions made when modelling our Galaxy and other spirals. Aims. We test a standard chemical evolution model for spiral disks in the Local Universe and study the influence of a threshold gas density and different efficiencies in the star formation rate (SFR) law on radial gradients of abundance, gas, and SFR. The model is then applied to specific galaxies. Methods. We adopt a one-infall chemical evolution model where the Galactic disk forms inside-out by means of infall of gas, and we test different thresholds and efficiencies in the SFR. The model is scaled to the disk properties of three Local Group galaxies (the Milky Way, M31 and M33) by varying its dependence on the star formation efficiency and the timescale for the infall of gas onto the disk. Results. Using this simple model, we are able to reproduce most of the observed constraints available in the literature for the studied galaxies. The radial oxygen abundance gradients and their time evolution are studied in detail. The present day abundance gradients are more sensitive to the threshold than to other parameters, while their temporal evolutions are more dependent on the chosen SFR efficiency. A variable efficiency along the galaxy radius can reproduce the present day gas distribution in the disk of spirals with prominent arms. The steepness in the distribution of stellar surface density differs from massive to lower mass disks, owing to the different star formation histories. Conclusions. The most massive disks seem to have evolved faster (i.e., with more efficient star formation) than the less massive ones, thus suggesting a downsizing in star formation for spirals. The threshold and the efficiency of star formation play a very important role in the chemical evolution of spiral disks. For instance, an efficiency varying with radius can be used to regulate the star formation. The oxygen abundance gradient can steepen or flatten in time depending on the choice of this parameter.

Age distribution of the central stars of galactic disk planetary nebulae

Context. Determination of the ages of central stars of planetary nebulae (CSPN) is a complex problem, and there is presently no single method that can be generally applied. We have developed several methods of estimating the ages of CSPN, based on both the observed nebular properties and some properties of the stars themselves. Aims. Our aim is to estimate the ages and the age distribution of CSPN and to compare the derived results with mass and age determinations of CSPN and white dwarfs based on empirical determinations of these quantities. Methods. We considered a sample of planetary nebulae in the galactic disk, most of which (similar to 69%) are located in the solar neighbourhood, within 3 kpc from the Sun. We discuss several methods of deriving the age distribution of CSPN, namely; (i) the use of an age-metallicity relation that also depends on the galactocentric distance; (ii) the use of an age-metallicity relation obtained for the galactic disk; and (iii) the determination of ages from the central star masses obtained from the observed nitrogen abundances. Results. We estimated the age distribution of CSPN with average uncertainties of 1-2 Gyr, and compared our results with the expected distribution based both on the observed mass distribution of white dwarfs and on the age distribution derived from available mass distributions of CSPN. Based on our derived age distributions, we conclude that most CSPN in the galactic disk have ages under 6 Gyr, and that the age distribution is peaked around 2-4 Gyr.

A FIRST CONSTRAINT ON THE THICK DISK SCALE LENGTH: DIFFERENTIAL RADIAL ABUNDANCES IN K GIANTS AT GALACTOCENTRIC RADII 4, 8, AND 12 kpc

Based on high-resolution spectra obtained with the MIKE spectrograph on the Magellan telescopes, we present detailed elemental abundances for 20 red giant stars in the outer Galactic disk, located at Galactocentric distances between 9 and 13 kpc. The outer disk sample is complemented with samples of red giants from the inner Galactic disk and the solar neighborhood, analyzed using identical methods. For Galactocentric distances beyond 10 kpc, we only find chemical patterns associated with the local thin disk, even for stars far above the Galactic plane. Our results show that the relative densities of the thick and thin disks are dramatically different from the solar neighborhood, and we therefore suggest that the radial scale length of the thick disk is much shorter than that of the thin disk. We make a first estimate of the thick disk scale length of L(thick) = 2.0 kpc, assuming L(thin) = 3.8 kpc for the thin disk. We suggest that radial migration may explain the lack of radial age, metallicity, and abundance gradients in the thick disk, possibly also explaining the link between the thick disk and the metal-poor bulge.

Kinematic analysis and membership status of TWA22 AB

Context. TWA22 was initially regarded as a member of the TW Hydrae association (TWA). In addition to being one of the youngest (approximate to 8 Myr) and nearest (approximate to 20 pc) stars to Earth, TWA22 has proven to be very interesting after being resolved as a tight, very low-mass binary. This binary can serve as a very useful dynamical calibrator for pre-main sequence evolutionary models. However, its membership in the TWA has been recently questioned despite due to the lack of accurate kinematic measurements. Aims. Based on proper motion, radial velocity, and trigonometric parallax measurements, we aim here to re-analyze the membership of TWA22 to young, nearby associations. Methods. Using the ESO NTT/SUSI2 telescope, we observed TWA22 AB during 5 different observing runs over 1.2 years to measure its trigonometric parallax and proper motion. This is a part of a larger project measuring trigonometric parallaxes and proper motions of most known TWA members at a sub-milliarcsec level. HARPS at the ESO 3.6 m telescope was also used to measure the system's radial velocity over 2 years. Results. We report an absolute trigonometric parallax of TWA22 AB, pi = 57.0 +/- 0.7 mas, corresponding to a distance 17.5 +/- 0.2 pc from Earth. Measured proper motions of TWA 22AB are mu(alpha) cos(delta) = -175.8 +/- 0.8 mas/yr and mu delta = -21.3 +/- 0.8 mas/yr. Finally, from HARPS measurements, we obtain a radial velocity V(rad) = 14.8 +/- 2.1 km s(-1). Conclusions. A kinematic analysis of TWA22 AB space motion and position implies that a membership of TWA22 AB to known young, nearby associations can be excluded except for the beta Pictoris and TW Hydrae associations. Membership probabilities based on the system's Galactic space motion and/or the trace-back technique support a higher chance of being a member to the beta Pictoris association. Membership of TWA22 in the TWA cannot be fully excluded because of large uncertainties in parallax measurements and radial velocities and to the uncertain internal velocity dispersion of its members.

Chemical similarities between Galactic bulge and local thick disk red giants: O, Na, Mg, Al, Si, Ca, and Ti

Context. The formation and evolution of the Galactic bulge and its relationship with the other Galactic populations is still poorly understood. Aims. To establish the chemical differences and similarities between the bulge and other stellar populations, we performed an elemental abundance analysis of alpha- (O, Mg, Si, Ca, and Ti) and Z-odd (Na and Al) elements of red giant stars in the bulge as well as of local thin disk, thick disk and halo giants. Methods. We use high-resolution optical spectra of 25 bulge giants in Baade's window and 55 comparison giants (4 halo, 29 thin disk and 22 thick disk giants) in the solar neighborhood. All stars have similar stellar parameters but cover a broad range in metallicity (-1.5 < [Fe/H] < +0.5). A standard 1D local thermodynamic equilibrium analysis using both Kurucz and MARCS models yielded the abundances of O, Na, Mg, Al, Si, Ca, Ti and Fe. Our homogeneous and differential analysis of the Galactic stellar populations ensured that systematic errors were minimized. Results. We confirm the well-established differences for [alpha/Fe] at a given metallicity between the local thin and thick disks. For all the elements investigated, we find no chemical distinction between the bulge and the local thick disk, in agreement with our previous study of C, N and O but in contrast to other groups relying on literature values for nearby disk dwarf stars. For -1.5 < [Fe/H] < -0.3 exactly the same trend is followed by both the bulge and thick disk stars, with a star-to-star scatter of only 0.03 dex. Furthermore, both populations share the location of the knee in the [alpha/Fe] vs. [Fe/H] diagram. It still remains to be confirmed that the local thick disk extends to super-solar metallicities as is the case for the bulge. These are the most stringent constraints to date on the chemical similarity of these stellar populations. Conclusions. Our findings suggest that the bulge and local thick disk stars experienced similar formation timescales, star formation rates and initial mass functions, confirming thus the main outcomes of our previous homogeneous analysis of [O/Fe] from infrared spectra for nearly the same sample. The identical a-enhancements of thick disk and bulge stars may reflect a rapid chemical evolution taking place before the bulge and thick disk structures we see today were formed, or it may reflect Galactic orbital migration of inner disk/bulge stars resulting in stars in the solar neighborhood with thick-disk kinematics.

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.

Analyse des paramètres atmosphériques des étoiles naines blanches dans le voisinage solaire

Ce mémoire présente une analyse homogène et rigoureuse de l’échantillon d’étoiles naines blanches situées à moins de 20 pc du Soleil. L’objectif principal de cette étude est d’obtenir un modèle statistiquement viable de l’échantillon le plus représentatif de la population des naines blanches. À partir de l’échantillon défini par Holberg et al. (2008), il a fallu dans un premier temps réunir le plus d’information possible sur toutes les candidates locales sous la forme de spectres visibles et de données photométriques. En utilisant les modèles d’atmosphère de naines blanches les plus récents de Tremblay & Bergeron (2009), ainsi que différentes techniques d’analyse, il a été permis d’obtenir, de façon homogène, les paramètres atmosphériques (Teff et log g) des naines blanches de cet échantillon. La technique spectroscopique, c.-à-d. la mesure de Teff et log g par l’ajustement des raies spectrales, fut appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon pour lesquelles un spectre visible présentant des raies assez fortes était disponible. Pour les étoiles avec des données photométriques, la distribution d’énergie combinée à la parallaxe trigonométrique, lorsque mesurée, permettent de déterminer les paramètres atmosphériques ainsi que la composition chimique de l’étoile. Un catalogue révisé des naines blanches dans le voisinage solaire est présenté qui inclut tous les paramètres atmosphériques nouvellement determinés. L’analyse globale qui en découle est ensuite exposée, incluant une étude de la distribution de la composition chimique des naines blanches locales, de la distribution de masse et de la fonction luminosité.

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

Relevé spectroscopique et étude des propriétés physiques des étoiles naines blanches à moins de 40 parsecs du Soleil

Les étoiles naines blanches représentent la fin de l’évolution de 97% des étoiles de notre galaxie, dont notre Soleil. L’étude des propriétés globales de ces étoiles (distribution en température, distribution de masse, fonction de luminosité, etc.) requiert l’élaboration d’ensembles statistiquement complets et bien définis. Bien que plusieurs relevés d’étoiles naines blanches existent dans la littérature, la plupart de ceux-ci souffrent de biais statistiques importants pour ce genre d’analyse. L’échantillon le plus représentatif de la population d’étoiles naines blanches demeure à ce jour celui défini dans un volume complet, restreint à l’environnement immédiat du Soleil, soit à une distance de 20 pc (∼ 65 années-lumière) de celui-ci. Malheureusement, comme les naines blanches sont des étoiles intrinsèquement peu lumineuses, cet échantillon ne contient que ∼ 130 objets, compromettant ainsi toute étude statistique significative. Le but de notre étude est de recenser la population d’étoiles naines blanches dans le voisinage solaire a une distance de 40 pc, soit un volume huit fois plus grand. Nous avons ainsi entrepris de répertorier toutes les étoiles naines blanches à moins de 40 pc du Soleil à partir de SUPERBLINK, un vaste catalogue contenant le mouvement propre et les données photométriques de plus de 2 millions d’étoiles. Notre approche est basée sur la méthode des mouvements propres réduits qui permet d’isoler les étoiles naines blanches des autres populations stellaires. Les distances de toutes les candidates naines blanches sont estimées à l’aide de relations couleur-magnitude théoriques afin d’identifier les objets se situant à moins de 40 pc du Soleil, dans l’hémisphère nord. La confirmation spectroscopique du statut de naine blanche de nos ∼ 1100 candidates a ensuite requis 15 missions d’observations astronomiques sur trois grands télescopes à Kitt Peak en Arizona, ainsi qu’une soixantaine d’heures allouées sur les télescopes de 8 m des observatoires Gemini Nord et Sud. Nous avons ainsi découvert 322 nouvelles étoiles naines blanches de plusieurs types spectraux différents, dont 173 sont à moins de 40 pc, soit une augmentation de 40% du nombre de naines blanches connues à l’intérieur de ce volume. Parmi ces nouvelles naines blanches, 4 se trouvent probablement à moins de 20 pc du Soleil. De plus, nous démontrons que notre technique est très efficace pour identifier les étoiles naines blanches dans la région peuplée du plan de la Galaxie. Nous présentons ensuite une analyse spectroscopique et photométrique détaillée de notre échantillon à l’aide de modèles d’atmosphère afin de déterminer les propriétés physiques de ces étoiles, notamment la température, la gravité de surface et la composition chimique. Notre analyse statistique de ces propriétés, basée sur un échantillon presque trois fois plus grand que celui à 20 pc, révèle que nous avons identifié avec succès les étoiles les plus massives, et donc les moins lumineuses, de cette population qui sont souvent absentes de la plupart des relevés publiés. Nous avons également identifié plusieurs naines blanches très froides, et donc potentiellement très vieilles, qui nous permettent de mieux définir le côté froid de la fonction de luminosité, et éventuellement l’âge du disque de la Galaxie. Finalement, nous avons aussi découvert plusieurs objets d’intérêt astrophysique, dont deux nouvelles étoiles naines blanches variables de type ZZ Ceti, plusieurs naines blanches magnétiques, ainsi que de nombreux systèmes binaires non résolus.

La recherche de naines brunes et étoiles de faible masse dans les associations cinématiques jeunes du voisinage solaire

L’objectif principal de cette thèse est d’identifier les étoiles de faible masse et naines brunes membres d’associations cinématiques jeunes du voisinage solaire. Ces associations sont typiquement âgées de moins de 200 millions d’années et regroupent chacune un ensemble d’étoiles s’étant formées au même moment et dans un même environnement. La majorité de leurs membres d'environ plus de 0.3 fois la masse du Soleil sont déjà connus, cependant les membres moins massifs (et moins brillants) nous échappent encore. Leur identification permettra de lever le voile sur plusieurs questions fondamentales en astrophysique. En particulier, le fait de cibler des objets jeunes, encore chauds et lumineux par leur formation récente, permettra d’atteindre un régime de masses encore peu exploré, jusqu'à seulement quelques fois la masse de Jupiter. Elles nous permettront entre autres de contraindre la fonction de masse initiale et d'explorer la connection entre naines brunes et exoplanètes, étant donné que les moins massives des naines brunes jeunes auront des propriétés physiques très semblables aux exoplanètes géantes gazeuses. Pour mener à bien ce projet, nous avons adapté l'outil statistique BANYAN I pour qu'il soit applicable aux objets de très faibles masses en plus de lui apporter plusieurs améliorations. Nous avons entre autres inclus l'utilisation de deux diagrammes couleur-magnitude permettant de différencier les étoiles de faible masse et naines brunes jeunes à celles plus vieilles, ajouté l'utilisation de probabilités a priori pour rendre les résultats plus réalistes, adapté les modèles spatiaux et cinématiques des associations jeunes en utilisant des ellipsoïdes gaussiennes tridimensionnelles dont l'alignement des axes est libre, effectué une analyse Monte Carlo pour caractériser le taux de faux-positifs et faux-négatifs, puis revu la structure du code informatique pour le rendre plus efficace. Dans un premier temps, nous avons utilisé ce nouvel algorithme, BANYAN II, pour identifier 25 nouvelles candidates membres d'associations jeunes parmi un échantillon de 158 étoiles de faible masse (de types spectraux > M4) et naines brunes jeunes déjà connues. Nous avons ensuite effectué la corrélation croisée de deux catalogues couvrant tout le ciel en lumière proche-infrarouge et contenant ~ 500 millions d’objets célestes pour identifier environ 100 000 candidates naines brunes et étoiles de faible masse du voisinage solaire. À l'aide de l'outil BANYAN II, nous avons alors identifié quelques centaines d'objets appartenant fort probablement à une association jeune parmi cet échantillon et effectué un suivi spectroscopique en lumière proche-infrarouge pour les caractériser. Les travaux présentés ici ont mené à l'identification de 79 candidates naines brunes jeunes ainsi que 150 candidates étoiles de faible masse jeunes, puis un suivi spectroscopique nous a permis de confirmer le jeune âge de 49 de ces naines brunes et 62 de ces étoiles de faible masse. Nous avons ainsi approximativement doublé le nombre de naines brunes jeunes connues, ce qui a ouvert la porte à une caractérisation statistique de leur population. Ces nouvelles naines brunes jeunes représentent un laboratoire idéal pour mieux comprendre l'atmosphère des exoplanètes géantes gazeuses. Nous avons identifié les premiers signes d’une remontée dans la fonction de masse initiale des naines brunes aux très faibles masses dans l'association jeune Tucana-Horologium, ce qui pourrait indiquer que l’éjection d’exoplanètes joue un rôle important dans la composition de leur population. Les résultats du suivi spectroscopique nous ont permis de construire une séquence empirique complète pour les types spectraux M5-L5 à l'âge du champ, à faible (β) et très faible (γ) gravité de surface. Nous avons effectué une comparaison de ces données aux modèles d'évolution et d'atmosphère, puis nous avons construit un ensemble de séquences empiriques de couleur-magnitude et types spectraux-magnitude pour les naines brunes jeunes. Finalement, nous avons découvert deux nouvelles exoplanètes par un suivi en imagerie directe des étoiles jeunes de faible masse identifiées dans ce projet. La future mission GAIA et le suivi spectroscopique complet des candidates présentées dans cette thèse permettront de confirmer leur appartenance aux associations jeunes et de contraindre la fonction de masse initiale dans le régime sous-stellaire.