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

La formation et l'évolution du disque épais de la Voie Lactée restent controversées. Nous avons utilisé un modèle de synthèse de la population de la Galaxie, le Modèle de la Galaxie de Besançon (Robin et al., 2003), qui peut être utilisé pour l'interprétation des données, étudier la structure galactique et tester différents scénarios de formation et évolution Galactique. Nous avons examiné ces questions en étudiant la forme et la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais en utilisant l'approche de synthèse de la population. Nous avons imposé sur des simulations les erreurs d'observation et les biais afin de les rendre directement comparables aux observations. Nous avons corrigé les magnitudes et les couleurs des étoiles de la simulation, en utilisant un modèle d'extinction. Les modèles d'extinction disponibles ne reproduisent pas toujours la quantité exacte d'extinction le long de la ligne de visée. Un programme a été développé pour corriger la distribution de l'extinction en fonction de la distance le long de ces lignes. Les extinctions correctes ont ensuite été appliquées sur les simulations du modèle. Nous avons étudié la forme du disque mince en utilisant des données photométriques aux basses latitudes du sondage SDSS-SEGUE. Nous avons comparé qualitativement et quantitativement les observations et les simulations et nous avons essayé de contraindre la fonction de masse initiale. En utilisant la spectroscopie du relevé SEGUE, nous avons sélectionné les étoiles du turn-off de la séquence principale (MSTO) (Cheng et al 2012) et des géantes K pour étudier la distribution de métallicité du disque mince et du disque épais. Nous avons calculé une estimation de distance pour chaque étoile à partir de la relation entre les températures effectives et magnitudes absolues pour les catalogues observés et simulés. Ces deux catalogues ont les mêmes biais sur les distances, elles sont donc comparables. Nous avons développé un outil basé sur une méthode MCMC-ABC pour déterminer la distribution de la métallicité et étudier les corrélations entre les paramètres ajustés. Nous avons confirmé la présence d'un gradient de métallicité radiale de -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 pour le disque mince. Nous avons obtenu une métallicité du disque épais au voisinage solaire de -0.47 ± 0.03 dex, compatible avec les résultats obtenus par les études précédentes. De plus, le disque épais ne montre pas de gradient, mais les données sont compatibles avec un gradient positif intérieur suivi d'un négatif extérieur. Nous avons ensuite appliqué les outils développés au relevé spectroscopique Gaia-ESO et calculé la distribution de métallicité des étoiles F/G/K dans le disque mince et épais en supposant une formation en deux époques du disque épais de la Voie Lactée. Nous avons obtenu une métallicité locale dans le disque épais de -0.23 ± 0.04 dex légèrement plus élevée que celle obtenue avec SEGUE mais en accord avec Adibekyan et al. (2013) et un gradient de métallicité radiale du disque épais en accord avec notre analyse précédente des données de SEGUE et la littérature. La métallicité locale est en accord avec la littérature au niveau de 3σ mais parce que les données GES sont préliminaires, une analyse plus approfondie avec plus de données et de meilleurs calibrations doit être faite. L'existence d'un gradient plat dans le disque épais peut être une conséquence d'une formation à partir d’un gaz turbulent et bien homogène, ou bien un fort mélange radial a brassé après coup les étoiles. / The formation and evolution of the thick disc of the Milky Way remain controversial. We made use of a population synthesis model of the Galaxy, the Besançon Galaxy Model (Robin et al. 2003), which can be used for data interpretation, study the Galactic structure and test different scenarios of Galaxy formation and evolution. We examined these questions by studying the shape and the metallicity distribution of the thin and thick disc using the population synthesis approach. We imposed on simulations observational errors and biases to make them directly comparable to observations. We corrected magnitudes and colors of stars, from the simulation, using an extinction model. The available extinction models do not always reproduce the exact quantity of extinction along the line of sight. A code to correct the distribution of extinction in distance along these lines have been developed and the corrected extinctions have been applied on model simulations. We studied the shape of the thin disc using photometric data at low latitudes from the SDSS-SEGUE survey. We compared qualitatively and quantitatively observations and simulations and try to constrain the Initial Mass Function. Using the spectroscopic survey SEGUE we selected Main Sequence Turnoff (MSTO) stars (Cheng et al 2012) and K giants to study the metallicity distribution of the thin and thick discs. We computed a distance for each star from the relation between effective temperatures and absolute magnitudes for the observed and simulated catalogs. These two catalogues have the same biases in distances, therefore are comparable. We developed a tool based on a MCMC-ABC method to determine the metallicity distribution and study the correlations between the fitted parameters. We confirmed a radial metallicity gradient of -0.079 ± 0.015 dex kpc−1 for the thin disc. We obtained a solar neighborhood metallicity of the thick disc of -0.47 ± 0.03 dex similar to previous studies and the thick disc shows no gradient but the data are compatible with an inner positive gradient followed by a outer negative one. Furthermore, we have applied the developed tools to the Gaia-ESO spectroscopic survey and computed the metallicity distribution of F/G/K stars in the thin and thick disc assuming a two epoch formation for the thick disc of the Milky Way. We obtained a local metallicity in the thick disc of -0.23 ± 0.04 dex slightly higher than the one obtained with SEGUE but in agreement with Adibekyan et al. (2013) and a radial metallicity gradient for the thick disc in agreement with our previous analysis of SEGUE data and the literature. The local metallicity is in fair agreement with literature at the 3σ level but because the GES data is an internal release under testing further analysis with more data and better calibrations have to be done. The existence of a flat gradient in the thick disc can be a consequence of an early formation from a highly turbulent homogeneous well mixed gas, unless it has suffered heavy radial mixing later on.

La découverte d’exoplanètes a connu une croissance quasi exponentielle au cours des trois dernières décennies. Nous savons désormais que les systèmes d’exoplanètes sont la norme dans la galaxie et qu’il existe une variété d’archétypes de planètes qui ne correspondent pas à notre propre système solaire. Ces progrès rapides sont dus en grande partie aux missions spatiales qui utilisent la méthode des transits pour trouver et caractériser de nouvelles exoplanètes. Kepler et, plus récemment, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ont contribué à la majorité des exoplanètes confirmées ou candidates connues à ce jour. Les exoplanètes découvertes par TESS sont particulièrement prometteuses, car TESS a délibérément ciblé des étoiles hôtes brillantes pour faciliter l’analyse spectroscopique détaillée de l’atmosphère de leurs planètes. Bien que TESS soit très efficace pour identifier de nouveaux signaux de transit, un effort de suivi substantiel est nécessaire pour valider chaque nouvelle candidate et le succès global de la mission TESS dépend fortement de l’obtention de ce suivi de la part d’observatoires externes. Une attention particulière est souvent requise pour les planètes à longue période qui souffrent fortement des biais impliqués dans les recherches de transit. Si l’on peut surmonter les défis observationnels supplémentaires, ces planètes constituent des bancs d’essai rares et précieux pour étudier la physique et la chimie des atmosphères plus froides. Dans cette thèse, j’ai collaboré avec la communauté de suivi des exoplanètes TESS sur plusieurs fronts en apportant des instruments précédemment inutilisés, en contribuant à l’effort général de vérification des candidates, ainsi qu’en menant des études de validation et de confirmation de cibles difficiles à longue période. Nous avons adapté le réseau de téléobjectifs Dragonfly (alias "Dragonfly"), conçu pour les cibles de faible luminosité de surface, à l’observation des transits d’exoplanètes. J’ai développé un nouveau mode d’observation adapté aux transits et créé des pipelines de planification, de traitement des données et d’analyse. Nous avons atteint une précision photométrique d’environ 0,5 ppt dans des intervalles de 4 à 5 minutes sur la plage 9 < mV < 13, compétitive avec d’autres observatoires au sol de classe 1–2 m. Nous avons également développé un vaste programme d’observation avec le satellite de surveillance des objets proches de la Terre (NEOSSat) couvrant 3 ans et 6 cycles d’observation pour observer les transits d’exoplanètes de longue durée, qui représentent un défi majeur à capturer avec des observatoires au sol. En utilisant ces deux instruments, nous avons fourni des observations pour le programme d’observation de suivi des exoplanètes TESS (ExoFOP). Grâce à mon travail dans ExoFOP, j’ai dirigé une publication de validation pour TOI-1221 b, une planète sub-neptunienne de 2,9 rayons terrestres sur une orbite de 92 jours. Non seulement nous avons écarté les scénarios de faux positifs pour cette planète tempérée à longue période, mais grâce à notre analyse détaillée de 6 transits TESS et 2 détections au sol, nous avons trouvé des preuves de variations de synchronisation de transit qui pourraient indiquer une autre planète cachée dans le système. Nous avons également utilisé NEOSSat pour rechercher un deuxième transit de TOI-2010 b, qui n’en montrait qu’un seul dans les données TESS. En surveillant l’étoile hôte sur une fenêtre d’incertitude de 7 jours, nous avons capturé le transit et amélioré considérablement notre connaissance de l’éphéméride de la planète. J’ai dirigé l’article de confirmation sur cette planète semblable à Jupiter avec une orbite de 142 jours, ajoutant une cible de faible insolation à la petite collection d’exoplanètes connues avec des périodes supérieures à 100 jours et des étoiles hôtes suffisamment brillantes pour un suivi spectroscopique. En plus de diriger ces deux projets spécifiques, mes observations avec Dragonfly et NEOSSat ont jusqu’à présent contribué à 10 autres publications dont je suis co-auteur. / Exoplanet discovery has undergone near-exponential growth over the last three decades. We now know exoplanet systems are the norm in the Galaxy and that a variety of planet archetypes exist that do not necessarily match our own Solar System. This rapid advancement is due in large part to space-based discovery missions utilizing the transit method to find and characterize new exoplanets. Kepler, and more recently, the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) have contributed the majority of confirmed or candidate exoplanets known today. The exoplanets discovered by TESS show particular promise, as TESS has deliberately targeted bright host stars to facilitate detailed spectroscopic analysis of their planets’ atmospheres. While TESS is highly efficient at identifying new transit signals, substantial follow-up effort is required to validate each new candidate and the overall success of the TESS mission heavily depends on attaining this follow-up from external observatories. Special attention is often required for long-period planets that suffer heavily from the biases involved in transit searches. If one can overcome the added observational challenges, these planets provide rare and valuable testbeds to investigate cool-atmosphere physics and chemistry. Through this thesis, I engaged with the TESS exoplanet follow-up community on several fronts by bringing previously unused instrument options to the endeavour, contributing to the general effort of candidate verification, as well as leading validation and confirmation studies of challenging long-period targets. We adapted the Dragonfly Telephoto Array (a.k.a. “Dragonfly”), designed for low-surface brightness targets, to the observation of exoplanet transits. I developed a new transient-appropriate observing mode and created scheduling, data processing, and analysis pipelines. We achieve a photometric precision floor of 0.5 ppt in 4–5-minute bins over the range 9 < mV < 13, competitive other 1–2 m class ground-based observatories. We also developed an extensive observing program with the Near-Earth Object Surveillance Satellite (NEOSSat) spanning 3 years and 6 observing cycles to observe long-duration exoplanet transits that provide a major challenge to capture with ground-based observatories. Using these two instruments, we provided follow-up observations for the TESS Exoplanet Follow-up Observing Program (ExoFOP). Through my work with ExoFOP, I led a validation publication for TOI-1221 b, a 2.9 Earth-radii sub-Neptune planet on a 92-day orbit. Not only do we rule out the false-positive scenarios for this long-period temperate planet, but through our detailed analysis of 6 TESS transits and 2 ground-based detections, we find evidence of transit timing variations that may indicate an additional hidden planet in the system. We also used NEOSSat to hunt for an elusive second transit of TOI-2010 b. By monitoring the host star over a 7-day uncertainty window, we caught the transit and vastly improved our knowledge of the planet’s ephemeris. I led the confirmation paper on this temperate Jupiter-like planet with a 142-day orbit, adding a low-insolation target to the small collection of known exoplanets with periods above 100 days and host stars bright enough for spectroscopic follow-up. Beyond leading these two specific projects, my observations with Dragonfly and NEOSSat have thus far contributed to 10 other publications for which I am co-author.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-02-21T15:12:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_JoséVianneyMendonçaDeAlencastroJr.pdf: 648691 bytes, checksum: f2fbc98e547f0284f5aef34aee9249ca (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T15:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_JoséVianneyMendonçaDeAlencastroJr.pdf: 648691 bytes, checksum: f2fbc98e547f0284f5aef34aee9249ca (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / A lei de Newcomb-Benford, também conhecida como a lei do dígito mais significativo, foi descrita pela primeira vez por Simon Newcomb, sendo apenas embasada estatisticamente após 57 anos pelo físico Frank Benford. Essa lei rege grandezas naturalmente aleatórias e tem sido utilizada por várias áreas como forma de selecionar e validar diversos tipos de dados. Em nosso trabalho tivemos como primeiro objetivo propor o uso de um método substituto ao qui-quadrado, sendo este atualmente o método comumente utilizado pela literatura para verificação da conformidade da Lei de Newcomb-Benford. Fizemos isso pois em uma massa de dados com uma grande quantidade de amostras o método qui-quadrado tende a sofrer de um problema estatístico conhecido por excesso de poder, gerando assim resultados do tipo falso negativo na estatística. Dessa forma propomos a substituição do método qui-quadrado pelo método de Kolmogorov-Smirnov baseado na Função de Distribuição Empírica para análise da conformidade global, pois esse método é mais robusto não sofrendo do excesso de poder e também é mais fiel à definição formal da Lei de Benford, já que o mesmo trabalha considerando as mantissas ao invés de apenas considerar dígitos isolados. Também propomos investigar um intervalo de confiança para o Kolmogorov-Smirnov baseando-nos em um qui-quadrado que não sofre de excesso de poder por se utilizar o Bootstraping. Em dois artigos publicados recentemente, dados de exoplanetas foram analisados e algumas grandezas foram declaradas como conformes à Lei de Benford. Com base nisso eles sugerem que o conhecimento dessa conformidade possa ser usado para uma análise na lista de objetos candidatos, o que poderá ajudar no futuro na identificação de novos exoplanetas nesta lista. Sendo assim, um outro objetivo de nosso trabalho foi explorar diversos bancos e catálogos de dados astronômicos em busca de grandezas, cuja a conformidade à lei do dígito significativo ainda não seja conhecida a fim de propor aplicações práticas para a área das ciências astronômicas. / The Newcomb-Benford law, also known as the most significant digit law, was described for the first time by astronomer and mathematician Simon Newcomb. This law was just statistically grounded after 57 years after the Newcomb’s discovery. This law governing naturally random greatness and, has been used by many knowledge areas to validate several kind of data. In this work, the first goal is propose a substitute of qui-square method. The qui-square method is the currently method used in the literature to verify the Newcomb-Benford Law’s conformity. It’s necessary because in a greatness with a big quantity of samples, the qui-square method can has false negatives results. This problem is named Excess of Power. Because that, we proposed to use the Kolmogorov-Smirnov method based in Empirical Distribution Function (EDF) to global conformity analysis. Because this method is more robust and not suffering of the Excess of Power problem. The Kolmogorov-Smirnov method also more faithful to the formal definition of Benford’s Law since the method working considering the mantissas instead of single digits. We also propose to invetigate a confidence interval for the Kolmogorov-Smirnov method based on a qui-square with Bootstrapping strategy which doesn’t suffer of Excess of Power problem. Recently, two papers were published. I this papaers exoplanets data were analysed and some greatness were declared conform to a Newcomb-Benford distribution. Because that, the authors suggest that knowledge of this conformity can be used for help in future to indentify new exoplanets in the candidates list. Therefore, another goal of this work is explorer a several astronomicals catalogs and database looking for greatness which conformity of Benford’s law is not known yet. And after that , the authors suggested practical aplications for astronomical sciences area.