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 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.

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 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 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.

The WR content of IC10 - first detection of WC9 stars in a low metallicity environment?

We present deep, narrow-hand photometry of the Local Group starburst galaxy IC10. Our dedicated photometric system provides detection of 13 new Wolf-Rayet (WR) stars and allows spectral subtypes to be assigned. Three of these new stars appear to be WC9 subtypes. If confirmed, these would be the very first WC9 stars ever detected in a low metallicity environment, hence putting strong new constraints on the formation and evolution models of massive stars. Eight of the new WR stars are of the WC subtype, which does not significantly modify the anomalously high WC/WN ratio in IC10. However it is likely that a number of Wolf-Rayet stars of the WNE and WC spectral subtypes are still to be discovered in the heart of the galaxy.

Massive stars exploding in a He-rich circumstellar medium - VI. Observations of two distant Type Ibn supernova candidates discovered by La Silla-QUEST

We present optical observations of the peculiar stripped-envelope supernovae (SNe) LSQ12btw and LSQ13ccw discovered by the La Silla-QUEST survey. LSQ12btw reaches an absolute peak magnitude of M-g = -19.3 +/- 0.2, and shows an asymmetric light curve. Stringent pre-discovery limits constrain its rise time to maximum light to less than 4 d, with a slower post-peak luminosity decline, similar to that experienced by the prototypical SN Ibn 2006jc. LSQ13ccw is somewhat different: while it also exhibits a very fast rise to maximum, it reaches a fainter absolute peak magnitude (M-g =-18.4 +/- 0.2), and experiences an extremely rapid post-peak decline similar to that observed in the peculiar SN Ib 2002bj. A stringent pre-discovery limit and an early marginal detection of LSQ13ccw allow us to determine the explosion time with an uncertainty of +/- 1 d. The spectra of LSQ12btw show the typical narrow He I emission lines characterizing Type Ibn SNe, suggesting that the SN ejecta are interacting with He-rich circumstellar material. The He I lines in the spectra of LSQ13ccw exhibit weak narrow emissions superposed on broad components. An unresolved H alpha line is also detected, suggesting a tentative Type Ibn/IIn classification. As for other SNe Ibn, we argue that LSQ12btw and LSQ13ccw likely result from the explosions of Wolf-Rayet stars that experienced instability phases prior to core collapse. We inspect the host galaxies of SNe Ibn, and we show that all of them but one are hosted in spiral galaxies, likely in environments spanning a wide metallicity range.

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

The progenitors of many Type II core-collapse supernovae (SNe) have now been identified directly on pre-discovery imaging. Here, we present an extensive search for the progenitors of Type Ibc SNe in all available pre-discovery imaging since 1998. There are 12 Type Ibc SNe with no detections of progenitors in either deep ground-based or Hubble Space Telescope archival imaging. The deepest absolute BVR magnitude limits are between -4 and - 5 mag. We compare these limits with the observed Wolf-Rayet population in the Large Magellanic Cloud and estimate a 16 per cent probability that we have failed to detect such a progenitor by chance. Alternatively, the progenitors evolve significantly before core-collapse or we have underestimated the extinction towards the progenitors. Reviewing the relative rates and ejecta mass estimates from light-curve modelling of Ibc SNe, we find both incompatible with Wolf-Rayet stars with initial masses >25 M⊙ being the only progenitors. We present binary evolution models that fit these observational constraints. Stars in binaries with initial masses ≲ 20 M⊙ lose their hydrogen envelopes in binary interactions to become low-mass helium stars. They retain a low-mass hydrogen envelope until ≈104 yr before core-collapse; hence, it is not surprising that Galactic analogues have been difficult to identify.

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

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.

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.

A deeper search for the progenitor of the Type Ic supernova 2002ap

Images of the site of the Type Ic supernova (SN) 2002ap taken before explosion were analysed previously by Smartt et al. We have uncovered new unpublished, archival pre-explosion images from the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) that are vastly superior in depth and image quality. In this paper we present a further search for the progenitor star of this unusual Type Ic SN. Aligning high-resolution Hubble Space Telescope observations of the SN itself with the archival CFHT images allowed us to pinpoint the location of the progenitor site on the groundbased observations. We find that a source visible in the B- and R-band pre-explosion images close to the position of the SN is (1) not coincident with the SN position within the uncertainties of our relative astrometry and (2) is still visible similar to 4.7-yr post-explosion in late-time observations taken with the William Herschel Telescope. We therefore conclude that it is not the progenitor of SN 2002ap. We derived absolute limiting magnitudes for the progenitor of M-B >= -4.2 +/- 0.5 and M-R >= -5.1 +/- 0.5. These are the deepest limits yet placed on a Type Ic SN progenitor. We rule out all massive stars with initial masses greater than 7-8 M-circle dot (the lower mass limit for stars to undergo core collapse) that have not evolved to become Wolf-Rayet stars. This is consistent with the prediction that Type Ic SNe should result from the explosions of Wolf-Rayet stars. Comparing our luminosity limits with stellar models of single stars at appropriate metallicity (Z = 0.008) and with standard mass-loss rates, we find no model that produces a Wolf-Rayet star of low enough mass and luminosity to be classed as a viable progenitor. Models with twice the standard mass-loss rates provide possible single star progenitors but all are initially more massive than 30-40 M-circle dot. We conclude that any single star progenitor must have experienced at least twice the standard mass-loss rates, been initially more massive than 30-40 M-circle dot and exploded as a Wolf-Rayet star of final mass 10-12 M-circle dot. Alternatively a progenitor star of lower initial mass may have evolved in an interacting binary system. Mazzali et al. propose such a binary scenario for the progenitor of SN 2002ap in which a star of initial mass 15-20 M-circle dot is stripped by its binary companion, becoming a 5 M-circle dot Wolf-Rayet star prior to explosion. We constrain any possible binary companion to a main-sequence star of