Les champs magnétiques jouent un rôle important dans l'évolution stellaire, mais les propriétés magnétiques des étoiles massives et de masse intermédiaire sont mal connues. Seul une petite fraction (7%) des étoiles massives et de masse intermédiaire possèdent un champ magnétique et la force de leur champ dipolaire est supérieure à ~300 Gauss. La théorie pour expliquer l'origine de ces champs, la théorie des champs fossiles, n'explique pas pourquoi seulement une petite partie des étoiles chaudes ont un champ magnétique. Récemment, un champ magnétique ultra-faible (moins de 1 Gauss) a été découvert sur deux étoiles de masse intermédiaire (Vega et Sirius). Ce sont peut être les premières détections d'un nouveau type de champ magnétique faible. Deux familles d'étoiles magnétiques chaudes pourraient donc exister, avec des champs forts ou ultra-faibles, séparées par ce qu'on appelle le désert magnétique. Ma thèse consiste à analyser des données spectropolarimétriques prises avec des spectropolarimètres haute résolution, principalement avec Narval installé au télescope de 2 mètres à l'Observatoire du Pic du Midi. Une partie de ma thèse été dédiée à l'étude des champs magnétiques les plus faibles, parmi les champs forts. J'ai analysé les observations de l'étoiles O massive zeta Ori A. Peu d'étoiles O sont connues pour être magnétiques et zeta Ori A possède le plus faible champ magnétique. J'ai aussi participé à un programme observationnel pour déterminer la limite supérieure du désert magnétique grâce aux étoiles Ap/Bp. Le but de ces études est de tester la dépendance de la limite supérieure du désert magnétique par rapport à la rotation et à la masse. Une deuxième partie de ma thèse est consacrée à la recherche des champs ultra-faibles pour fournir des contraintes aux divers scenarios qui expliquent la dichotomie entre les champs forts et faibles et améliorer notre connaissance des propriétés ce type de champ magnétique. Je présente les résultats d'étude d'étoiles normales, UZ Lyn et Vega, ainsi que celles de plusieurs d'étoiles chimiquement particulières (Am et HgMn). Les études présentées dans ma thèse apportent une lumière nouvelle sur le magnétisme des étoiles chaudes et des contraintes pour la physique stellaire en général, en particulier pour l'évolution stellaire. / Magnetic fields are known to play a fundamental role in stellar evolution but the magnetic properties of massive and intermediate-mass stars are not well understood. Only a small (7%) fraction of massive and intermediate-mass stars are found to be magnetic and their dipolar magnetic field strength is above ~300 Gauss. The current paradigm, the fossil field theory, describes this magnetism as remnant of an early phase of the star-life, but leaves many basic questions unanswered, such as the small fraction of magnetic stars, and in practice provides no constraint to stellar evolution theory. Recently, an ultra weak magnetic field (less than 1 Gauss) has been discovered in two intermediate mass stars (Vega and Sirius). They may be the first detections of a new type of weak magnetic fields. Two families of magnetic stars may thus exist: with strong or ultra-weak fields, separated by the so-called magnetic desert. My PhD thesis consists in analyzing observational data taken with high-resolution spectropolarimeters, mainly with Narval installed on the 2-meter telescope at the Pic du Midi Observatory, to detect magnetic fields. One part of my thesis is dedicated to the study of the weakest end of strong magnetic fields. I analyzed the observations of a massive O star, zeta Ori A. Only a few O stars are known to be magnetic and zeta Ori A has the weakest field. I was also involved in a project to determine the upper limit of the magnetic desert thanks to observations of Ap/Bp stars. The goal of these studies is to test the dependence of the upper limit with rotation and mass. The other part of my thesis is dedicated to the search for ultra-weak fields in hot stars to provide constraints to the various scenarios that explain the strong vs weak field dichotomy and improve our understanding of the properties of this kind of weak field. I present the result of the studies of normal stars, UZ Lyn and Vega, and of several chemically peculiar (Am and HgMn) stars. The studies presented in my PhD thesis provide new clues about magnetism in hot stars and constraint for stellar physics in general, in particular for stellar evolution.

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To rigorously study hot stars, we need to determine their properties as accurately as possible. This thesis focuses on improving the accuracy of parameters of two hot stars and contributes to the collection of stars with more known parameters. While photometric and spectroscopic data sets on hot stars δ Ori A and ω CMa are plentiful, the former is a triple star that suffers from having a faint spectrum of the secondary, which complicates its analysis, and the latter is a Be star, the origin, formation, and long-term variability of whose gaseous envelopes (veils) remain unexplained. Using mathematical techniques (Fourier transforms) and modelling software PHOEBE 1, properties of δ Ori A are determined, and conjecture on the presence of a circumstellar envelope in δ Ori A might be true by considering the shape changes of the Hα line. A conjecture that period changes of ω CMa correlate to the mass of the circumstellar envelopes seems to be proved true by considering variations of radial velocities, V/R ratio, and determining profile line asymmetry. 1

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It is now well established that stellar winds of hot stars are fragmentary and that the X-ray emission from stellar winds has a strong contribution from shocks in winds. Chandra high spectral resolution observations of line profiles of O and B stars have shown numerous properties that had not been expected. Here we suggest explanations by considering the X-rays as arising from bow shocks that occur where the stellar wind impacts on spherical clumps in the winds. We use an accurate and stable numerical hydrodynamic code to obtain steady state physical conditions for the temperature and density structure in a bow shock. We use these solutions plus analytic approximations to interpret some major X-ray features: the simple power-law distribution of the observed emission measure derived from many hot star X-ray spectra and the wide range of ionization stages that appear to be present in X-ray sources throughout the winds. Also associated with the adiabatic cooling of the gas around a clump is a significant transverse velocity for the hot plasma flow around the clumps, and this can help to understand anomalies associated with observed line widths, and the differences in widths seen in stars with high and low mass-loss rates. The differences between bow shocks and the planar shocks that are often used for hot stars are discussed. We introduce an ‘‘on the shock’’ approximation that is useful for interpreting the X-rays and the consequences of clumps in hot star winds and elsewhere in astronomy.

Environ 10% des étoiles de type spectral O, B ou A ont un champ magnétique fort, détectable, stable et à grande échelle à leur surface, qui ressemble le plus souvent à un dipôle. Des modèles théoriques et des simulations numériques prédisent ces champs magnétiques vus en surface pénètrent aussi dans les zones radiatives et influencent la structure interne. Les modèles prédisent que ces champs magnétiques imposent une rotation uniforme dans les zones radiatives et peuvent supprimer la pénétration convective autour du cœur. Cela a des conséquences sur l’évolution de ces étoiles chaudes magnétiques. Pour ce faire, l’astérosismologie est la meilleure méthode car les paramètres des pulsations stellaires sont directement liés aux conditions physiques internes. Plusieurs types de pulsations stellaires sont connus et classés en fonction de leur force de rappel. Parmi eux, les plus à même de sonder les régions proches du cœur des étoiles, sur lequel se concentre notre intérêt dans cette thèse sont les modes de gravité, qui sont gouvernés par la force d’Archimède.Notre premier objectif était d’identifier des étoiles chaudes, pulsantes et magnétiques et de caractériser leurs propriétés magnétiques et sismiques. Des étoiles ont été sélectionnées grâce à des diagnostics observationnels indirects de la présence d’un champ magnétique qou nous confirmons grâce à de la spectropolarimétrie optique à haute résolution obtenue avec ESPaDOnS, Narval et ESPaDOnS. Pour deux étoiles magnétiques connues, HD43317 et o Lup, nous avons caractérisé la géométrie et l’intensité du champ magnétique aves des séries temporelles spectropolarimétriques. Pour toutes les étoiles de notre échantillon, nous avons également obtenu des séries temporelles photométriques très précises grâce aux télescopes spatiaux BRITE, CoRoT ou K2 pour étudier leur variabilité (périodique) cohérente. Seulement HD43317 a révélé des dizaines de fréquences de pulsations stellaires, pointant plutôt vers des modes de gravité.Nous nous sommes ensuite concentrés sur HD43317 dans pour déterminer observationellement la structure interne de cette étoile magnétique chaude. Nous avons fait usage de modélisation sismique: les fréquences des modes de pulsations observées dans les données CoRoT, couvrant 150j, ont été ajustées à celles des modes gravito-inertiels calculés avec le code de pulsations GYRE couplé aux modèles MESA. Nous avons pu associer les fréquences des modes de pulsations à des séries de modes (l,m) = (1,−1) et (2,−1) se chevauchant. La petite zone de pénétration convective dans la zone radiative telle que déduite du modèle MESA optimal s’avère cohérente avec les prédictions théoriques. Néanmoins, les intervalles de confiance sur certains paramètres physiques issus des modèles sont très larges et compatibles avec les valeurs de la littérature pour des étoiles chaudes et pulsantes mais non-magnétiques. Nous en concluons que la série temporelle de 150j de données CoRoT est trop courte pour déterminer d’une manière non-équivoque la structure interne des étoiles magnétiques chaudes, et par conséquent pour distinguer leur structure interne de celle des étoiles chaudes non-magnétiques.Malgré nos efforts de modélisation détaillée de la meilleure étoile chaude pulsantemagnétique HD43317, nous n’avons pas pu corroborer observationnellement les prédictions théoriques d’une structure interne altérée pour les étoiles chaudes magnétiques. Des simplifications et des approximations ont dû être faites au cours de la modélisation sismique en raison de la résolution en fréquence limitée des données CoRoT. D’autres efforts pour inclure le magnétisme dans les codes de pulsations ou le magnétisme, la rotation et le transfert du moment cinétique dans les modèles d’évolution stellaire seront nécessaires afin de déterminer si les signatures magnétiques sont présentes pour les nombreux pulsateurs gravito-inertiels récemment découverts dans la base de données de Kepler. / About ten percent of stars with spectral type O, B or A have a detectable stable strong large-scale magnetic field at their surface, which most often resembles a magnetic dipole. These large-scale magnetic fields extend into the radiative layers of the OBA stars. Theory and simulations predict that they alter the internal structure and physical properties of these stars. In particular, it is expected that these large-scale magnetic fields enforce uniform rotation in the radiative layers and may suppress convective core overshooting. This has consequences for the evolution of these magnetic hot stars and it has implications for galactic evolution. Therefore, we observed and investigated the internal structure of magnetic hot stars. To do so, asteroseismology is the best method as the oscillation properties are directly related to the internal physical conditions. Various types of stellar oscillations are known and they are classified based on their dominant restoring force. Of these, gravity modes are governed by the buoyancy force and have their strongest probing power in the near core region, which is the domain of our interest.Our first objective was to identify pulsating magnetic hot stars and characterize their magnetic and seismic properties. We constructed a sample of magnetic candidate stars, by following indirect observational diagnostics for the presence of a large-scale magnetic field, to confirm with ground-based high-resolution optical spectropolarimetry taken with ESPaDOnS, Narval or HARPSpol. For two known magnetic stars, HD43317 and o Lup, we characterized the geometry and strength of the field in detail by analysing spectropolarimetric time series. For each star in our sample, we obtained high-cadence high-precision space-based photometry from BRITE, CoRoT, or K2 to study (periodic) variability. Only HD43317 revealed tens of stellar pulsations mode frequencies that pointed towards gravity modes. Only a few other stars studied showed a few pulsation mode frequencies, unsuitable for seismic modelling.We investigated the B3.5V star HD43317 in detail to determine the internal structure of a magnetic hot star. We did this by forward seismic modelling, where observed stellar pulsation mode frequencies in the CoRoT data covering ∼150d were fit to those of gravito-intertial modes computed with the pulsation code GYRE, coupled to MESA stellar structure models. We identified the pulsation mode frequencies as overlapping (l, m) = (1,-1) and (2,-1) mode series. The small convective core overshooting region derived from the seismic modelling was in line with the theoretical predictions. Yet, some of the parameters for the best fitted models were also compatible with literature values for non-magnetic pulsators within the derived uncertainties. We conclude that the CoRoT time series of ∼150d is too short to lead to stringent constraints and tests of the stellar interior to discriminate between magnetic and non-magnetic pulsating hot stars.From our detailed modelling efforts of the best studied pulsating magnetic hot star HD43317, we were unable to observationally corroborate the theoretical predictions of an altered internal structure for magnetic hot stars. Simplifications and approximations were made during the forward seismic modelling due to the limited frequency resolution of the CoRoT data in terms of its time base. Further efforts to include magnetism in the pulsation codes, or magnetism, rotation, and angular momentum transport in the evolutionary models, are worthwhile to test whether magnetic signatures are present in the numerous (non-magnetic) gravito-inertial pulsators recently found in the nominal Kepler database (which has a ten times better frequency resolution compared to CoRoT).

Title: Radiation in stellar winds. Resonance line formation in inhomogeneous hot star winds Author: M.Sc. Brankica Šurlan Department: Astronomical Institute of the Academy of Sciences of the Czech Republic Supervisor: RNDr. Jiří Kubát, CSc., Astronomical Institute of the Academy of Sciences of the Czech Republic Abstract: To incorporate the three-dimensional (3-D) nature of stellar wind clump- ing into radiative transfer calculations, in this thesis a newly developed full 3-D Monte Carlo radiative transfer code for inhomogeneous expanding stellar winds is presented and used to investigate how different model parameters influence reso- nance line formation. Realistic 3-D models that describe the dense as well as the rarefied wind components are used to model the formation of resonance lines in a clumped stellar wind. Non-monotonic velocity fields are accounted for as well. It is shown that the 3-D density and velocity wind inhomogeneities have very strong impact on the resonance line formation. The models show that the line opacity is lower for a larger clump separation and shallower velocity gradients within the clumps. They also demonstrate that to obtain empirically correct mass-loss rates from UV resonance lines, wind clumping and its 3-D nature must be taken into account. 1