Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse contribue au développement de diverses méthodes permettant la détermination des paramètres stellaires fondamentaux (température effective, gravité de surface et "métallicité" i.e., la composition chimique globale), ainsi que de la vitesse de rotation projetée (vsini), à partir de l'analyse de spectres à haute résolution. Plusieurs méthodes seront présentées, et leurs performances respectives en terme d'extraction des paramètres fondamentaux seront discutées. Nous mettrons en particulier l'accent sur une mise en œuvre originale de la méthode dite Sliced Inverse Regression (SIR, Watson et al. 2017). / This thesis contributes to the development of various methods for the determination of the stellar fundamental parameters (effective temperature, surface gravity and "metallicity" ie, the overall chemical composition), as well as the projected rotation speed (vsini), from the analysis of high resolution spectra. Several methods will be presented, and their respective performances in terms of extraction of the fundamental parameters will be discussed. In particular, we will focus on an original implementation of the Sliced Inverse Regression method (SIR, Watson et al., 2017).

Les études Galactiques nécessitent de grands échantillons d'étoiles dont la masse, l'âge, les abondances, la vitesse et la distance sont connues. Les observations spectroscopiques permettent de mesurer certains de ces paramètres et les autres sont soit déterminés par d'autres moyens, ou dérivés par le calcul. Le besoin d'échantillons statistiquement représentatifs a motivé la construction d'instruments, et la réalisation de grands relevés comme le SDSS, LAMOST et GAIA... Ces projets génèrent une énorme quantité de données que les méthodes d'analyse interactives traditionnelles ne peuvent pas gérer. Cela a motivé des efforts pour concevoir des méthodes automatiques. Mon travail a commencé dans ce contexte, et les objectifs étaient de développer et tester une méthode automatique, puis de l'appliquer à des spectres stellaires à moyenne résolution. La thèse comporte quatre sections : 1. Je présente le package informatique ULySS, et en particulier son application à la détermination des paramètres atmosphériques des étoiles. 2. Nous avons utilisé ULySS pour déterminer les paramètres atmosphériques des 1273 étoiles de la bibliothèque CFLIB. 3. Nous avons appliqué la même méthode sur des observations obtenus pendant la mise en service de LAMOST et nous avons préparé une base de données de spectres de références pour les relevés futurs avec cet instrument. 4. Nous avons cherché des étoiles présumées pauvres en métaux (MP) en se servant des données de vérification scientifique de LAMOST. Cette étude contribue à l'étude des étoiles MP dans la Voie Lactée et montre la faisabilité de ces recherches avec LAMOST et ULySS / Galactic studies require large samples of stars with known mass, age, abundance, spatial velocity and distance etc. Spectroscopic observations allow ones to measure some of these parameters and to derive the others. The need for statistically representative samples motivated the construction of instruments and the realization of large surveys like SDSS, LAMOST and GAIA... These projects bring an enormous quantity of data that the traditional interactive spectral analysis methods cannot handle. This triggered efforts to design automatic methods. My work started in this context, and the goals were to develop and test an automatic method and to apply it to medium resolution stellar spectra. The thesis contains four sections: 1. The ULySS package, and in particular its application to the determination of the atmospheric parameters of stars is presented. 2. We used ULySS to determine the atmospheric parameters of the 1273 stars of the CFLIB library. 3. We applied the same method on LAMOST commissioning observations and we prepared stellar spectral templates for the future surveys. 4. We searched new metal-poor (hearafter MP) stellar candidates from LAMOST commissioning observations. The result of these MP star candidates is a prelude to the feasibility of LAMOST's capability on searching and enlarging the sample of MP stars in the Milky Way

Dans le cadre de ma thèse, j'ai effectué l'analyse spectrale d'un échantillon massif de spectres stellaires dans le contexte du programme exoplanète de la mission CoRoT. J'ai tiré avantage des instruments Flames/GIRAFFE pour observer près de 2000 étoiles dans le but de comprendre les populations stellaires dans les champs CoRoT. Dans ce but, j'ai implémenté, calibré, testé, et appliqué une chaîne de traitement et de réduction fiable et efficace afin de réduire et d'analyser automatiquement (en utilisant l'algorithme de paramétrisation MATISSE, Gazzano et al. 2010) un large échantillon de spectres stellaires. J'ai déterminé la vitesse barycentrique radiale, une estimation de la vitesse de rotation projetée sur la ligne de visée, la température effective, la gravité de surface, de la métallicité global et l'enrichissement des éléments par rapport au fer pour 1 227 étoiles dans trois des champs CoRoT. Ainsi, j'ai construit un des premiers échantillons affranchis de biais de sélection pour toute étude concernant la relation planète métallicité dans les champs CoRoT et démontré que le nombre des étoiles naines a été généralement sous-estimé par la classification photométrique (Exo-Dat, Deleuil et al. 2009). J'ai appliqué la relation reliant le nombre de planètes détectées à la métallicité de l'étoile hôte (Udry & Santos 2007), parfaitement en accord avec le nombre actuel de détection planétaire dans les champs CoRoT correspondant (Gazzano et al. 2010). En utilisant les paramètres atmosphériques MATISSE, nous avons déterminé les distances et nous les avons combinées avec des informations cinématiques (les mouvements propres du catalogue PPMXL - Roeser et al. (2010), et l'astrométrie). Nous avons dérivé les composantes de cinématique Galactique : position et vitesse. Cela m'a permis d'étudier les populations stellaires dans les champs CoRoT /exoplanète et de quantifier le gradient de métallicité dans la Galaxie (Gazzano et al. En préparation). J'ai par ailleurs montré que les étoiles à planètes détectées dans les champs considérés pour ma thèse sont exclusivement des étoiles de disque mince. J'ai également participé au suivi des candidats planète CoRoT à l'aide de spectroscopie à haute résolution. J'ai effectué l'analyse spectrale, avec le logiciel VWA (Bruntt et al. 2010b,a), des étoiles hôtes pour la mission spatiale CoRoT. Ces études ont conduit à la détermination des paramètres fondamentaux de l'étoile, qui est une étape indispensable pour la caractérisation complète de la planète. / During my Ph.D., I performed the spectral analysis of a massive sample of stellar spectra in the context of the CoRoT /Exoplanet mission. We took advantage of the Flames/GIRAFFE multi-fibre instrument to observe almost 2 000 stars with the aim of understanding the stellar populations in the CoRoT fields. To these purposes, I implemented, calibrated, tested and applied an automatic pipeline to reduce and analyse automatically (using the parameterization algorithm MATISSE, Gazzano et al. 2010) a large sample of stellar spectra. I derived the barycentric radial velocity, an estimate of the rotational velocity projected on the line of sight, the effective temperature, the surface gravity, the overall metallicity and the -enhancement for 1227 stars in three of the CoRoT fields. Hence, I built one of the first unbiased samples for any study regarding planet metallicity relationship in the CoRoT fields and demonstrated that the amount of dwarf stars was generally underestimated by the photometric classification (in Exo-Dat, Deleuil et al. 2009). I applied the relationship linking the number of planets as a function of the metallicity of the host star (Udry & Santos 2007), totally in agreement with the current number of planetary detection in the corresponding CoRoT fields (Gazzano et al. 2010). Using MATISSE atmospheric parameters, we determined distances and combining them with kinematics information (proper motions from PPMXL catalogue - Roeser et al. (2010) and astrometry), we derived Galactic kinematics components : position, velocities and orbits. This allowed me to study the stellar populations in the CoRoT /Exoplanet fields and quantify the metallicity gradient in the Galaxy (Gazzano et al. in preparation). I also participated to the spectroscopic follow-up observations of CoRoT planetary candidates with high resolution spectroscopy, to the spectroscopic analysis, with the VWA software (Bruntt et al. 2010b,a), of planet hosting stars for the CoRoT space mission and to their characterisation and publication. Indeed, the determination of the fundamental parameters of the star is a mandatory step for the complete characterisation of the planet.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel sismique des étoiles naines blanches pulsantes, et en particulier celles à atmosphères riches en hydrogène, les étoiles ZZ Ceti. La technique d’astérosismologie exploite l’information contenue dans les modes normaux de vibration qui peuvent être excités lors de phases particulières de l’évolution d’une étoile. Ces modes modulent le flux émergent de l’étoile pulsante et se manifestent principalement en termes de variations lumineuses multi-périodiques. L’astérosismologie consiste donc à examiner la luminosité d’étoiles pulsantes en fonction du temps, afin d’en extraire les périodes, les amplitudes apparentes, ainsi que les phases relatives des modes de pulsation détectés, en utilisant des méthodes standards de traitement de signal, telles que des techniques de Fourier. L’étape suivante consiste à comparer les périodes de pulsation observées avec des périodes générées par un modèle stellaire en cherchant l’accord optimal avec un modèle physique reconstituant le plus fidèlement possible l’étoile pulsante. Afin d’assurer une recherche optimale dans l’espace des paramètres, il est nécessaire d’avoir de bons modèles physiques, un algorithme d’optimisation de comparaison de périodes efficace, et une puissance de calcul considérable. Les périodes des modes de pulsation de modèles stellaires de naines blanches peuvent être généralement calculées de manière précise et fiable sur la base de la théorie linéaire des pulsations stellaires dans sa version adiabatique. Afin de définir dans son ensemble un modèle statique de naine blanche propre à l’analyse astérosismologique, il est nécessaire de spécifier la gravité de surface, la température effective, ainsi que différents paramètres décrivant la disposition en couche de l’enveloppe. En utilisant parallèlement les informations obtenues de manière indépendante (température effective et gravité de surface) par la méthode spectroscopique, il devient possible de vérifier la validité de la solution obtenue et de restreindre de manière remarquable l’espace des paramètres. L’exercice astérosismologique, s’il est réussi, mène donc à la détermination précise des paramètres de la structure globale de l’étoile pulsante et fournit de l’information unique sur sa structure interne et l’état de sa phase évolutive. On présente dans cette thèse l’analyse complète réussie, de l’extraction des fréquences à la solution sismique, de quatre étoiles naines blanches pulsantes. Il a été possible de déterminer les paramètres structuraux de ces étoiles et de les comparer remarquablement à toutes les contraintes indépendantes disponibles dans la littérature, mais aussi d’inférer sur la dynamique interne et de reconstruire le profil de rotation interne. Dans un premier temps, on analyse le duo d’étoiles ZZ Ceti, GD 165 et Ross 548, afin de comprendre les différences entre leurs propriétés de pulsation, malgré le fait qu’elles soient des étoiles similaires en tout point, spectroscopiquement parlant. L’analyse sismique révèle des structures internes différentes, et dévoile la sensibilité de certains modes de pulsation à la composition interne du noyau de l’étoile. Afin de palier à cette sensibilité, nouvellement découverte, et de rivaliser avec les données de qualité exceptionnelle que nous fournissent les missions spatiales Kepler et Kepler2, on développe une nouvelle paramétrisation des profils chimiques dans le coeur, et on valide la robustesse de notre technique et de nos modèles par de nombreux tests. Avec en main la nouvelle paramétrisation du noyau, on décroche enfin le ”Saint Graal” de l’astérosismologie, en étant capable de reproduire pour la première fois les périodes observées à la précision des observations, dans le cas de l’étude sismique des étoiles KIC 08626021 et de GD 1212. / The goal of this thesis is to explore the seismic potential of pulsating white dwarf stars, and in particular those having an hydrogen-rich atmosphere, the ZZ Ceti stars. The technique of asteroseismology relies on the information contained in the normal modes of vibration that can be excited during specific phases of the evolution of a star. These modes modulate the emerging flux of the pulsating star and mainly present themselves as multi-periodic luminosity variations. Asteroseismology is the science that examines the luminosity of pulsating stars as a function of time, to better extract the periods, apparent amplitudes and relative phases of the detected pulsation modes, using standard methods of signal processing such as Fourier techniques. We then compare the observed pulsation periods to periods generated from a stellar model by searching the optimal match with a physically sound model that best describes the pulsating star. To better search in parameter space, it is primordial to have good physically sound models, an efficient algorithm comparing the periods, and significant computing power. The periods of the pulsation modes of white dwarf stellar models can be generally calculated very precisely on the basis of the linear theory of stellar pulsations in its adiabatic version. To define a static white dwarf model suitable for a seismic analysis, it is necessary to specify the surface gravity, the effective temperature, and the various parameters describing the onion-like structure of the star. By using a posteriori the informations obtained independently (effective temperature and surface gravity) with the spectroscopic technique, it is then possible to confirm the validity of the solution obtained. The asteroseismic exercise, when successful, precisely determines the various parameters of the global structure of the pulsating star, and gives unique information on the internal structure of the star and the current state of its evolutionary phase. We present in this thesis the complete and successful analyses, from frequency extraction to the finding of the seismic solution, of four pulsating white dwarf stars. It was possible to determine the structural parameters of these stars and to compare them to every possible independent constraints found in the literature, but to also infer on the internal dynamic and to reconstruct the internal rotation profile. At first, we analyse the pair of ZZ Ceti stars, GD 165 and Ross 548, to better understand the differences in their pulsation spectra, notwithstanding their identical spectroscopic properties. The seismic analysis reveals different internal structures, and unravels the sensitivity of some pulsation modes to the internal composition of the core of the star. To compensate for this newly discovered sensitivity, and to rival the exceptional quality of the data coming from the spatial missions Kepler and Kepler2, we develop a new parameterization of the core chemical profiles, and we validate the robustness of our technique and our models by various tests. Having in hand the new parameterization of the core, we reach the ”Holy Grail” of asteroseismology, by being capable of reproducing for the first time the observed periods to the precision of the observations, in the study case of the stars KIC 08626021 and GD 1212.

Si dans la Voie Lactée les populations d'étoiles B et Be sont relativement bien connues, il n'en est pas de même pour celles des Nuages de Magellan. Les Grand et Petit Nuages de Magellan sont des galaxies satellites de notre Galaxie et sont connus pour être déficientes en métaux. Nous avons alors observé de grands échantillons d'étoiles chaudes des Nuages de Magellan avec le spectrographe multi-objets GIRAFFE du VLT afin d'étudier les effets de la sous-abondance en métaux sur ce type d'étoile. Nous retraçons dans cette thèse la création des catalogues astrométriques et photométriques et les processus de sélection des étoiles B et Be. Puis nous traitons de la détermination de leurs paramètres fondamentaux et nous examinons les conséquences de la métallicité sur les vitesses de rotation. Nous montrons les premières déterminations des distributions des vitesses sur la ZAMS des étoiles Be et leurs implications sur les proportions et le comportement de ces étoiles. Puis, nous comparons les statuts évolutifs des étoiles Be des Nuages de Magellan et de la Voie Lactée et nous donnons des éléments de réponses aux différences constatées. Enfin, nous donnons une estimation des abondances en surface du carbone et montrons que celles-ci diffèrent que les étoiles soient des rotateurs lents (étoiles B) ou des rotateurs rapides (étoiles Be).<br />Dans la seconde partie de cette thèse, nous exposons diverses études complémentaires telles que la cartographie d'objets à émission dans les Nuages de Magellan avec la caméra grand champ de l'ESO en mode spectroscopique ou encore l'étude d'étoiles chaudes de jeunes amas ouverts de la Voie Lactée. La découverte de variabilité photométrique à court-terme dans les étoiles Be et de binaires dans les Nuages de Magellan ainsi qu'une étude des raies nébulaires sont aussi présentées dans cette partie.