Η μελέτη των διπλών εκλειπτικών συστημάτων παραμένει ένα από τα πιο ενδιαφέροντα ερευνητικά πεδία της αστροφυσικής γιατί παρέχει την πιο ακριβή μέθοδο υπολογισμού των βασικών αστρικών μεγεθών (μαζών, ακτίνων, θερμοκρασιών) αλλά και κάθε μορφής αστρικής δραστηριότητας που αναπτύσσεται (κηλίδες, δίσκοι προαύξησης ύλης, αναπάλσεις) μέσα από τη μακρόχρονη μεταβολή της περιόδου τους. Επιπλέον επιτρέπει τον έλεγχο των θεωριών αστρικής εξέλιξης μέσα από την αλληλεπίδρασή τους αλλά και την πρόβλεψη παρουσίας τρίτων σωμάτων αστρικής ή μη φύσης. Σε αυτήν τη διατριβή μελετάται μία ιδιαίτερη κατηγορία διπλών εκλειπτικών συστημάτων σε επαφή, τα W UMa τα οποία αποτελούνται από αστέρες κύριας ακολουθίας οι οποίοι βρίσκονται σε υπερεπαφή, και χαρακτηρίζονται από τις μικρότερες περιόδους κι άρα από τη μικρότερη στροφορμή. Σκοπός της είναι τόσο η παρατηρησιακή μελέτη και ανάλυση συστημάτων W UMa που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον όσο και η ανάγκη ανάπτυξης μεθοδολογίας μοντελοποίησης για την εξαγωγή της μέγιστης πληροφορίας και ελέγχου των εξαγόμενων φυσικών παραμέτρων κάτω από την εφαρμογή σύγχρονων στατιστικών μεθόδων. Το πρώτο μέρος της επικεντρώνεται στη σκιαγράφηση του θεωρητικού επιστημονικού πλαισίου περιγραφής των διπλών εκλειπτικών αστρικών συστημάτων σε επαφή. Το Κεφάλαιο1 αναφέρεται στη γεωμετρία των τροχιών και στη φυσική των αστέρων του συστήματος, στην περιγραφή του μοντέλου Roche και στην αλληλεπίδραση των μελών καθώς και στη δυναμική των συστημάτων όπως αυτή εκδηλώνεται από την παρατηρούμενη μεταβολή της περιόδου του. Το Κεφάλαιο 2 αναφέρεται στις φωτομετρικές παρατηρήσεις που έγιναν κατά την διάρκεια της παρούσας διατριβής καθώς και στις αυτοματοποιημένες μεθόδους επεξεργασίας και ανάλυσης των παρατηρησιακών αστρονομικών δεδομένων οι οποίες αναπτύχθηκαν. Το Κεφάλαιο 3 περιγράφει τις σύγχρονες τεχνικές μοντελοποίησης και τα προγράμματα ανάλυσης για τηλύση του αντίστροφου προβλήματος. Το Κεφάλαιο 4 περιγράφει την αναζήτηση, εξόρυξη και αυτόματη ανάλυση δεδομένων από παρατηρησιακές αστρονομικές επισκοπήσεις και την εφαρμογή του κώδικα τεχνητών νευρωνικών δικτύων EBAI. Το δεύτερο μέρος επικεντρώνεται στην αναλυτική μελέτη επιλεγμένων στενών διπλών συστημάτων W UMa με ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Σε όλα τα επιλεγμένα συστήματα παρουσιάζεται η φωτομετρική τους μελέτη κάτω από το φως νέων BV RcIc παρατηρήσεων, η μελέτη της περιόδου, το εξαγόμενο μοντέλο σε συνδυασμό με φασματοσκοπικά δεδομένα, ο προσδιορισμός τροχιακών και φυσικών παραμέτρων και η θέση τους σε εξελικτικά διαγράμματα. Επίσης γίνεται η διερεύνηση του προτεινόμενου μοντέλου για μοναδικότητα στο χώρο των λύσεων μέσα από σάρωση με εισαγωγή διαταραχών ή άλλων στατιστικών μεθόδων και ο στατιστικός προσδιορισμός των σφαλμάτων των παραμέτρων. Συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο5 παρουσιάζεται το ενοποιημένο μοντέλο του συστήματος TY Boo δύο κηλίδων που ερμηνεύει τη συμπεριφορά του την περίοδο 1969-2011 και τη μελέτη της περιόδου του. Σύμφωνα με αυτό το σύστημα TY Boo ανήκει στην υποκατηγορία W των W UMa με μικρό βαθμό επαφής f = (7.6 ±0.8)% και η μακρόχρονη μελέτη της περιόδου του δείχνει μακροχρόνια μείωση (dP/dt = −3.65x10^−8 d yr^−1 ) και μία περιοδικότητα (P3 = 58.9yrs, A = 0.0254 days)η οποία, χωρίς να αποκλείεται η παρουσία τρίτου σώματος, ερμηνεύεται με ενεργό μαγνητικό κύκλο που προκαλεί την εμφάνιση κηλίδων.Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται για πρώτη φορά η λεπτομερής ανάλυση του συστήματος WUMa, FI Boo το οποίο ταξινομείται στην υποκατηγορία W, με βαθμό επαφής f = (50.15 ±8.10) %, κάτω από την παρουσία τρίτου σώματος το οποίο μπορεί να παίζει σημαντικό ρόλο στη δημιουργία και την εξέλιξή του. Σύμφωνα με το προτεινόμενο μοντέλο προσδιορίζονται οι μάζες Mh =0.40 ± 0.05 Msun , Mc =1.07 ± 0.05 Msun , και οι θερμοκρασίες Th = 5746±33Κ, Tc = 5420±46 Κ των αστέρων-μελών του καθώς και των προγεννητόρων τους (1.71 ±0.10 Msun και 0.63 ± 0.01 Msun , αντίστοιχα) και διερευνάται το εξελικτικό στάδιο του αστέρα με τη μεγαλύτερη μάζα μέσα από ισόχρονες.Στο Κεφάλαιο 7 διερευνάται σε βάθος το σύστημα σε επαφή V1003 Her, το οποίο χαρακτηρίζεται από μεταβολή μικρού πλάτους, με πολλαπλά μοντέλα για τα οποία ελέγχεται η σταθερότητα των με ανεξάρτητες μεθόδους. Το επικρατέστερο από αυτά δείχνει ότι το σύστημα είναι W UMa με βαθμό επαφής f = (36±10) %, με ασυνήθιστα άνισες θερμοκρασίες μεταξύ των αστέρων του 550 Κ, και λόγο μαζών q = 0.373. Η μικρή του κλίση i = 38^o ±1^ο το καθιστά ένα από τα μεγαλύτερης μάζας στην υποκατηγορίας W.Στο Κεφάλαιο 8 εξετάζεται η φύση του διπλού συστήματος HI Dra, η λεπτομερής ανάλυση του οποίου δείχνει ότι είναι W UMa με μικρό βαθμό επαφής f = (24 ± 4) % και διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των αστέρων του 330 Κ. Προτείνονται και διερευνώνται εξονυχιστικά δύο μοντέλα με κηλίδες από τα οποία επικρατέστερο, με ψυχρή κηλίδα πάνω στον μικρότερης μάζας και ψυχρότερο αστέρα- τον τοποθετεί στην υποκατηγορία Α. Προσδιορίζονται οι φυσικές παράμετροι των μελών του (M = 1.72 ± 0.08Msun , Mc = 0.43 ± 0.02 Msun , Rh =1.98 ± 0.03Rsun , Rc = 1.08 ± 0.02 Rsun , Lh = 9.6 ± 0.1 Lsun , Lc = 2.4 ± 0.1 Lsun ) και των προγεννητόρων τους (1.11 ± 0.03 Msun και 2.25 ± 0.07 Msun, αντίστοιχα) και προσεγγίζεται η ηλικία του συστήματος σε 2.4 Gyr .Τέλος στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα από τις φωτομετρικές παρατηρήσεις με το τηλεσκόπιο Αρίσταρχος 2.3 m, διπλών εκλειπτικών συστημάτων με ιδιαίτερο ενδιαφέρον που ανακαλύφθηκαν ή παρατηρήθηκαν από την διαστημική αποστολή Kepler με περιόδους περιφοράς < 0.45 d, τα οποία παρουσιάζουν ασυμμετρίες στην καμπύλη φωτός, χρονικές μεταβολές των εκλείψεων των μελών τους ή είναι εν δυνάμει τριπλά συστήματα. Τα πρώτα αποτελέσματα αφορούν τα συστήματα KIC 11246163 και KIC 4563150τα οποία ταξινομούνται ως συστήματα τύπου W UMa, W υποκατηγορίας με πιθανό τριτο συνοδό. / The study of eclipsing binary systems remains one of the most powerful research fields in stellar astrophysics because it provides the primary source of calculating fundamentals properties of stars (masses, radii, temperatures) and every form of stellar activity (spots, accreting discs, pulsations) through photometry and spectroscopy or/and through the study of long-term variability of their period. Additionally it allows testing of stellar structure and evolution theories and the prediction of third body companions of stellar or sub-stellar origin. This thesis is focused on the study of W UMa type eclipsing binaries containing main sequence stars in overcontact configuration with short periods and,therefore the small angular momentum. The aim is both the multiband observational study, analysis and investigation of WUMa systems of particular interest but also the development of modeling methodology in order to extract the maximum information and to determine a detailed assessment of the parameter uncertainties through the application of modern statistical methods. The first part of the Doctoral Thesis outlines the theoretical framework for describing eclipsing binary stars. Chapter 1 refers to the physics and geometry of orbits and components, the description of the Roche model that led to the classification based on equipotential surfaces, the computation of the total radiated flux in the direction of the observer by including all the corrections needed and the description of systems dynamics as manifested by the observed change of their period. Chapter2 presents the photometric observations made during this research and the automated methods of processing and analysis (pipelines) which were developed. Chapter 3 sketches the modern modeling and analysis software techniques for the solution of inverse problem(Differential Corrections, Levenberg-Marquardt, Downhill Simplex, Genetic Algorithms,Heuristic Scanning, Bootstrap resampling, Metropolis –Hasting Markov Chain MonteCarlo), their implementation to programs developed as part of the present thesis and their application to real data. These also represent the methodology of the analyses implemented for the study of the WUMa systems, described in Part 2. Finally, Chapter4 describes the development of a pipeline for the exploration, extraction and automatic analysis of data from astronomical surveys and its application to ASAS database. In the same chapter the first results from the training and validation of the Artificial Neural Network (ANN), EBAI, and the best topology for the ANN are presented.The second part focuses on the detailed study of selected W UMa systems with particular interest. This includes: the new multiband photometric observations, the longterm period variation, the exported model from photometric and spectroscopic data (from the literature), the determination of orbital and physical parameters and their position in evolutionary diagrams, the investigation of the proposed model for uniqueness in the parameter space through heuristic scanning with parameter kicking or other statistical methods- and the statistical determination of the uncertainties of the derived parameters.In Chapter 5, new CCD four-color light curves of TY Boo made on eight nights over2010–2011 were analyzed in comparison with historical light curves obtained from 1969through 2011. The light curves could all be represented by a unique geometry and by wavelength consistent phototometric parameters of a two-spot model on either stellar component. It is confirmed that TY Boo is a shallow W-type contact binary system with a degree of contact factor of f = 7.6 ± 0.8%. A period investigation based on all available data shows a long-term decrease (dP/dt = −3.65 ×10−8 days yr−1 ) and an oscillation (P3 = 58.9 yr, A = 0.0254 days). Without ruling out the presence of a tertiary companion, the weight of evidence points to an active cyclic magnetic activity that causes spot formation rather than an unseen companion. Mass transfer between the components and angular momentum loss are also considered as possible mechanisms.In Chapter 6, a detailed analysis of the interesting W UMa binary FI Boo in view of the spectroscopic signature of a third body through photometry, period variation, and a thorough investigation of solution uniqueness is presented. We obtained new BVRcIc photometric data that, when combined with spectroscopic data, enable us to analyze the system FI Boo and determine its basic orbital and physical properties through PHOEBE,as well as the period variation by studying the times of the minima. This combined approach allows us to study the long-term period changes in the system for the first time in order to investigate the presence of a third body and to check extensively the solution uniqueness and the uncertainties of derived parameters. Our modeling indicates that FIBoo is a W-type moderate (f = 50.15% ± 8.10%) overcontact binary with component masses of Mh = 0.40 ± 0.05 M and Mc =1.07 ± 0.05 M , temperatures of Th = 5746 ±33 K and Tc = 5420 ± 56 K, and a third body, which may play an important role in the formation and evolution. The results were tested by heuristic scanning and parameter kicking to provide the consistent and reliable set of parameters that was used to obtain the initial masses of the progenitors (1.71 ± 0.10 M and 0.63 ± 0.01 M , respectively). We also investigated the evolutionary status of massive components with several sets of widely used isochrones.In Chapter 7, an extensive analysis of the low amplitude, contact binary V1003 Her is presented, based on the new VRc Ic , CCD photometric light curves in combination with published radial velocity (RV) curves. We investigate the stable configurations for the system with two independent methods and modeling tools: PHOEBE, ROCHE, via heuristic scanning and genetic algorithms, although the very low inclination of the system can place limitations. All methods indicate that V1003 Her is most likely in overcontact state with unequal components with temperature difference of 550 K, a mass ratio of q= 0.373 and a contact degree of 36 ± 10 %. As it is viewed at the very low inclination of i ∼ 38^◦ ± 1^◦ , if its configuration is confirmed, it will be among the most massive W-subtype of W UMa systems. This conclusion is also supported by other published models.However, in order to conclude reliable physical properties of the system, the high-precise based-ground photometry (or satellite photometry) and spectroscopic follow-up of V1003Her is required.In Chapter 8, a detailed investigation of the low-amplitude contact binary HI Dra is presented, based on the new VRc Ic CCD photometric light curves (LCs) combined with published radial velocity (RV) curves. Our completely covered LCs were analyzed using PHOEBE and revealed that HI Dra is an overcontact binary with low fill-out factor f = 24 ± 4 (%) and temperature difference between the components of 330 K.Two spotted models are proposed to explain the LC symmetry, between which the A subtype of W UMa type eclipsing systems, with a cool spot on the less massive and cooler component, proves to be more plausible on evolutionary grounds. The results and stability of the solutions were explored by heuristic scan and parameter perturbation to provide a consistent and reliable set of parameters and their errors. Our photometric modeling and RV curve solution give the following absolute parameters of the hot and cool components, respectively: Mh = 1.72 ± 0.08 Msun and Mc = 0.43 ± 0.02 Msun , Rh =1.98 ± 0.03 Rsun and Rc = 1.08 ± 0.02 Rsun , and Lh = 9.6 ± 0.1 Lsun and Lc = 2.4 ± 0.1Lsun . Based on these results the initial masses of the progenitors (1.11 ± 0.03 Msun and2.25 ± 0.07 Msun , respectively) and a rough estimate of the age of the system of 2.4 Gyr are discussed.Finally, in Chapter 9, our first results from ground based follow up photometric observation of interesting eclipsing binary systems (EBs) from Kepler field are presented.The program was launched in 2013 with the 2.3 m Aristarchos telescope at Helmos Observatory, Greece including eclipsing binary systems with periods < 0.45d and Kp (mag)=12.6-16 mag. The included targets in this program show light curve asymmetries,Eclipse Timings Variation or they are third body candidates. Modern analysis techniques such as heuristic scanning with parameter perturbation and genetic algorithm(PIKAIA), enable to reveal and optimize the astrophysical parameters of selected EBs.The results from BVRI photometry for the third body candidates, WUMa eclipsing binary systems of W-subtype, KIC11246163 and KIC4563150, are presented for the first time, as well as conclusions derived so far.

In this investigation of near-contact binary stars, the author fit a synthetic light, computer generated, curve model to observations by adjusting various parameters of two near-contact binary pairs, CN Andromeda and TZ Draconis. By fitting asymmetries in the light curves using spotting parameters, the spotting activity for both stars can be determined. From the spotting parameters it is possible to compare the spotting activity of these two near-contact binaries to the spotting activity of 47 contact binaries (Csizmadia et al., 2004). The author determined that, for both TZ Dra and CN And, spots are located at positions that were previously not seen in other observations of contact binaries (Hill, 2007). / Department of Physics and Astronomy

Η παρούσα εργασία έχει ως θέμα τη φωτομετρική μελέτη δύο διπλών εκλειπτικών συστημάτων: της V380 Cas και του TZ Boo, με το 14΄΄ τηλεσκόπιο του Εργαστηρίου Αστρονομίας του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών μέσα από την κατασκευή της καμπύλης φωτός σε πολλά φίλτρα αλλά και την κατασκευή και τη μελέτη των O-C διαγραμμάτων τους. Τα πρώτα τρία κεφάλαια αναφέρονται σε γενικότερα θέματα που αφορούν στη φυσική των διπλών αστρικών συστημάτων, τις τεχνικές παρατήρησης τους καθώς και την ανάλυση μέσω των διαγραμμάτων O-C. Τα επόμενα δύο κεφάλαια αναφέρονται στην ανάλυση των δυο παρατηρηθέντων συστημάτων: της V380 Cas, που είχε ταξινομηθεί ως Algol type και του ΤΖ Βοο, τύπου W-Ma. Το κάθε κεφάλαιο περιέχει : τις παρατηρήσεις, την ανάλυση, τα μοντέλα και τις εξαγόμενες παραμέτρους αυτού του συστήματος καθώς και την ανάλυση του διαγράμματος O-C. Τα νέα φωτομετρικά δεδομένα του 2010 στα φίλτρα BVRI του TZ Boo -ενός εκλειπτικού διπλού συστήματος σε επαφή τύπου W UMa-σε συνδυασμό με δημοσιευμένες φασματοσκοπικές παρατηρήσεις, οδήγησαν στην πρώτη φωτομετρική λύση του με το πρόγραμμα PHOEBE. Οι συνθετικές καμπύλες, που δημιουργήθηκαν για να ταιριάξουν στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των φωτομετρικών καμπύλων περιλαμβάνουν μια ψυχρή κηλίδα στον πρωτεύοντα αστέρα και η μικρή αναλογία των μαζών του συστήματος δείχνει ότι το σύστημα είναι σε στενή επαφή με f=52.5% και ανήκει στην Α-υποκατηγορία.. Με βάση τα 7 νέα ελάχιστα και όλα τα προηγούμενα της βιβλιογραφίας σε σύνολο 70 ετών, μελετήθηκε η μακρόχρονη μεταβολή της τροχιακής του περιόδου από το O-C διάγραμμα. Παρατηρήθηκε μια κυκλική μεταβολή της περιόδου 31,2 ετών, με πλάτος 0,033 ημερών και επιπρόσθετα μια μείωση με ρυθμό dP/dt = -2,1 x 10-8 ημέρες /έτος. Η κυκλική αλλαγή της περιόδου πιθανόν υποδηλώνει ότι το διπλό εκλειπτικό σύστημα TZ Boo είναι τριπλό ή τετραπλό σύστημα, σε συμφωνία με τα τελευταία φασματοσκοπικά δεδομένα. Η μακροχρόνια μείωση της περιόδου με την απώλεια μάζας και στροφορμής έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του βαθμού επαφής και τελικά την εξέλιξη του συστήματος σε έναν ταχέως περιστρεφόμενο αστέρα. Ο μεταβλητός αστέρας V0380 Cas παρατηρήθηκε από τον Ιούνιο του 2009 έως τον Ιούλιο του 2010 και οι πλήρεις καμπύλες φωτός στα φίλτρα BVRI παρουσιάζονται για πρώτη φορά μαζί με νέα ελάχιστα για την εύρεση της περιόδου του. Κανένα δευτερεύον ελάχιστο δεν παρατηρήθηκε. Με το πρόγραμμα PHOEBE δημιουργήθηκε για πρώτη φορά φωτομετρική λύση. Το σύστημα πιθανόν να είναι αποχωρισμένο με διπλάσια περίοδο από την αναφερόμενη στη βιβλιογραφία και τα δύο μέλη να έχουν την ίδια θερμοκρασία. Παρουσιάζεται το πρώτο O-C διάγραμμα με την ανανεωμένη εφημερίδα του συστήματος βασισμένο σε 11 νέα ελάχιστα και 11 παλαιότερα της βιβλιογραφία μόνο από CCD παρατηρήσεις. Επίσης εξετάζεται η πιθανότητα ύπαρξης τρίτου σώματος και από την φωτομετρική λύση αλλά και από το διάγραμμα O-C. / The thesis reports photometric studies of two eclipsing binaries V380 Cas and TZ Boo Cas with the 14΄΄ telescope of the Astronomical Laboratoy of the University of Patras, Observatory and longterm analysis of their O-C diagrams. The first three chapters of the thesis are devoted to acquainting a general science background to eclipsing binaries, observational techniques and modeling of light curves. The subsequent two are each devoted to the analysis of two systems, V380 Cas, a previous classified as Algol type and ΤΖ Βοο , a W-Ma type with each chapter arranged as follows : observations, analysis, collected data, models and derived parameteters for each system are discussed in context to previous reseachers. The light curves of TZ Boo, a W UMa type binary, in BVRI filters were fitted simultaneously with a model generated in the eclipsing binary modeling software package PHOEBE and the first modern photometric solution is deduced from new photometric observations and published spectroscopic data. This low mass ratio binary turns out to be a deep overcontact system with f=52.5% of A-subtype. A conservative spot model has been applied to fit the particular features of light curves. Based on our 7 new light minimum times and all others compiled from the literature over 70 years, we studied the orbital period from the O-C curve. It is found that there exists a 31.2 yr cyclic variation with an amplitude of 0.033 days, overlaying a secular decrease at a rate of dP/dt = -2.1 x 10-8 days/year. The cyclic period change may indicate that TZ Boo is a triple or a quadruple system as suggested from the published spectroscopic data. The long term orbital period decrease, accompanying mass and angular momentum loss would cause the overcontact degree to increase and finally the binary will evolve into a single rapid -rotation star V380 Cas was observed photometrically in June-July 2009 -2010 and its complete light curves are presented for the first time in BVRI filters along with new minima and its period investigation. No secondary minimum has been detected. The PHOEBE program is used to provide the first photometric solution. The system is probably a detached one with equal components and double period. The first O-C analysis of the system based on timings of minima up to date, is presented and a new ephemeris is estimated. Also the probability of third light is excluded from both the O-C and photometric solution.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:16:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SauloCM_TESE.pdf: 2950789 bytes, checksum: d10187bfbd3f161c4305c3a9fa050100 (MD5) Previous issue date: 2011-08-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Sessenta e cinco sistemas bin?rios eclipsantes, identificados nos objetivos da miss?o espacial CoRoT, foram selecionados para a an?lise. Destes, cinquenta e nove curvas de luz fotom?tricas que foram analisadas e processadas neste estudo s?o curvas crom?ticas (simultaneamente observadas nos tr?s filtros azul, verde e vermelho do sat?lite), fornecendo uma importante informa??o que ajuda a distinguir falsos positivos e genu?nos sistemas bin?rios eclipsantes. Neste sentido, este estudo fornece um cat?logo de sistemas bin?rios eclipsantes com suas respectivas solu??es fotom?tricas, baseadas nas curvas de luz CoRoT. Os sistemas selecionados incluem ambos, sistemas de n?o contato e de contato para os quais s?o apresentados uma variedade de par?metros f?sicos, incluindo per?odo orbital, o ?ngulo de inclina??o da orbita, raz?o de temperaturas, raz?o de raios e raz?o de luminosidades. Em adicional, e poss?vel estimar, aproximadamente, os par?metros absolutos de tais sistemas tomando como refer?ncia os valores t?picos a partir dos tipos espectrais conhecidos. O trabalho contribui para um aumento significativo no n?mero e na diversidade de sistemas bin?rios eclipsantes estudados a partir da base de dados CoRoT

La mesure des distances aux galaxies proches de notre Voie Lactée a révolutionné notre compréhension de l'échelle de distance et a fourni la preuve de l'expansion de l'univers. Notamment les distances aux Petit et Grand Nuages de Magellan sont deux échelons essentiels de l'échelle des distances cosmiques. De nombreuses méthodes indépendantes (comme celle des RR Lyrae, des Céphéides ou des étoiles Red clump) ont été utilisées pour déterminer ces distances. Le but de mon travail de thèse est d'améliorer notre compréhension de la relation BSC grâce à l'interférométrie optique. Pour cela, j'ai utilisé l'instrument VEGA installé sur l'interféromètre CHARA. Cet instrument fonctionne dans le visible et bénéficie de la plus longue base du monde. VEGA a une résolution spatiale de 0.3 mas, ce qui en fait un outil idéal pour une détermination précise des diamètres des étoiles. Dans un premier temps j'ai déterminé le diamètre de huit étoiles de type OBA avec une précision moyenne de 1.5%. Ensuite j'ai combiné ces diamètres avec d'autres mesures collectées dans la littérature pour ainsi donner une nouvelle relation BSC pour ce type d'étoiles. Dans un second temps, une étude théorique de l'impact de rotation sur la relation BSC a été faite pour comprendre les effets physiques influant sur la précision de cette relation de manière à compenser la dispersion existant actuellement et ce dans le but d'améliorer encore la précision sur les distances extragalactiques. / Measuring distances separating our own Galaxy from nearby ones revolutionized our understanding of the distance scale and provided the evidence for the expansion of the universe. The distances to the Small and Large Magellanic Clouds are critical steps of the cosmic distance ladder, and they have been determined using numerous independent methods (as, RR Lyrae stars, Cepheids and "red clump" stars). The aim of my thesis work is to improve our understanding of the Surface Brightness-Color relation (SBC) using optical interferometry. For this, we use the interferometer VEGA on CHARA. This instrument operates in the visible and benefits from the baselines of the CHARA interferometer. It has a spatial resolution of 0.3 mas, which makes it an ideal tool to determine diameters of stars. At first I determined the diameter of eight OBA-type stars with an average accuracy of 1.5%. Then I combined these diameters with others collected from the literature, to determine a new SBC relation for this type of stars. In a second step, a theoretical study of the impact of the rotation on the SBC relation was made to understand the physical effects affecting the accuracy of this relation and suppress the currently existing dispersion in order to further improve the accuracy of extragalactic distances.

Magnetic fields are important for multiple physical processes in and around stars, for these reasons improving the understanding of how they are generated and maintained is of great value. In this work the magnetic field structure of the eclipsing binary UV Piscium is investigated. This is done by utilising the Zeeman-Doppler Imaging technique that reconstructs stellar magnetic maps by combining the information of how the magnetic field affects spectral lines with the rotational modulation of spectral lines. In order to improve the signal-to-noise ratio the least squares deconvolution technique was used to combine multiple spectral lines into an average line profile. The high resolution circular polarisation observations analysed in this work were taken by the ESPaDOnS spectograph at the Canada-France-Hawaii Telescope during August and September of 2016. We reconstructed detailed magnetic field maps and obtained the average magnetic field strengths of 137G for the primary and 88G for the secondary, which is not unusual values for stars of this type. The methods used are however likely to underestimate the magnetic field strengths. This is because the lack of linear polarisation profiles likely results in systematic underestimation of magnetic field strengths, especially meridional components. Another issue that became apparent in this work is that in eclipsing binaries, without linear polarisation observations, there is a degeneracy between the different hemispheres, resulting in further uncertainties in the determination of surface magnetic field geometry. We also found that there is indication of surface evolution on the time scale of months as some observations taken around fifty days earlier were could not be phased with the main data set.

Beta Lyrae is a complex binary star system with a 13-day orbital period containing two massive stars that are in the process of mass reversal accretion. The primary star is the higher mass star which is gaining mass from the secondary star. This reversal mass accretion causes gas to build and form a disk around the primary star. The disk is geometrically and optically thick. Previous interferometric studies in Optical and Infrared wavelengths have shown that a bipolar jet exists in the system and suggest that the jet contributes to the H-alpha emission. Meanwhile, other studies have suggested that the disk contributes to the H-alpha emission. We have taken into account various factors to model the emission of H-alpha from Beta Lyrae. The observed profile is double-peaked and varies with orbital phase. We found that the jet produces a single-peak for H-alpha emission. Meanwhile, the disk produces a double-peak for H-alpha emission if it is based on Keplerian motion. We use our model to interpret the observed H-alpha emission variations in the line shape with orbital phase.

M dwarf stars make up over 70% of stars by number in the Milky Way Galaxy and are known to host at least two exoplanets per star on average. Using mutually eclipsing double-lined spectroscopic binary stars (SB2 EBs), astronomers can empirically measure stellar properties of M dwarf stars including mass and radius. However, empirical measurements systematically differ from the predictions of stellar evolutionary models and show large scatter. Some M dwarf stars are outliers, with radii that are a factor of 2-to-3 larger than model predictions, assuming they were measured accurately. In this dissertation, I investigated whether the outliers, systematic offset, and the scatter seen in the mass-radius diagram are physical, using SB2 EBs with photometry from NASA's Kepler Mission and high-resolution near-infrared ground-based spectroscopy. Empirical measurements using space-based photometry and high-resolution near-infrared ground-based spectroscopy, together with Bayesian model-fitting techniques, provide significant advancements over previous measurements. For this dissertation work, a sample of Kepler EBs were carefully chosen to be detached and non-interacting. I conducted a radial velocity survey of the sample using Immersion GRating INfrared Spectrometer (IGRINS) with the Discovery Channel Telescope (DCT) and iSHELL with NASA's Infrared Telescope Facility (IRTF). Combined with high-precision Kepler data, I determined the masses and radii of the component stars in the sample. I also determined a new mass-radius relationship of M dwarf stars using the sample of Kepler EB systems. My investigation showed that the outliers in the mass-radius diagram of M dwarf stars are not physical and they are due to the quality of data and from analysis using different pipelines. I also showed that the offset and scatter in the mass-radius diagram are persistent, which are not from the measurement uncertainties. This suggests the need for an extra degree of freedom to accurately capture the discrepancies between the empirical measurements and model predictions. Lastly, I showed that reduced convective heat flow due to enhanced magnetic fields from rapid stellar rotation can account for the offset and scatter in the measurements.

Classical Cepheids and eclipsing binary systems are powerful probes for measuring stellar fundamental parameters and constraining stellar astrophysics. A Cepheid in an eclipsing binary system is even more powerful, constraining stellar physics, the distance scale and the Cepheid mass discrepancy. However, these systems are rare, only three have been discovered. One of these, OGLE-LMC-CEP1812, presents a new mystery: where the Cepheid component appears to be younger than its red giant companion. In this work, we present stellar evolution models and show that the Cepheid is actually product of a stellar merger during main sequence evolution that causes the Cepheid to be a rejuvenated star. This result raises new questions into the evolution of Cepheids and their connections to smaller-mass anomalous Cepheids.

The presence of a magnetic field is shown to affect the evolution and properties of stars. Hence, it is necessary to observe different types of stars to explore these effects. The detached eclipsing binary UV Piscium is the object of interest in this study, where a first step of analyzing its global magnetic field is done. The observational data was collected during 2016, at the 3.6-m Canada-France-Hawaii Telescope at Mauna Kea, Hawaii. The analysis of the magnetic field is based on the line-addition technique least-squares deconvolution (LDS) of the polarisation signatures, and the aim is to search for circular polarisation signals produced by the Zeeman effect. The result shows a strong circular polarisation signature for the primary star of the binary, which is a direct evidence for the presence of a magnetic field. In contrast to this, the secondary star only shows a weak signal of circular polarisation in one of the analysed observations and further analysis of its magnetic field is needed. The secondary goal of the project was to calculate the stellar masses of the binary. This is done by measuring the radial velocities of the two stars via the line profiles, and preforming an orbital fit. The results gave: M1= 1.0211 ± 0.0040 Msol and M2 = 0.7728 ± 0.0028 Msol.