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The MiMeS (Magnetism in Massive Stars) project is a large-scale, high-resolution, sensitive spectropolarimetric investigation of the magnetic properties of O- and early B-type stars. Initiated in 2008 and completed in 2013, the project was supported by three Large Program allocations, as well as various programmes initiated by independent principal investigators, and archival resources. Ultimately, over 4800 circularly polarized spectra of 560 O and B stars were collected with the instruments ESPaDOnS (Echelle SpectroPolarimetric Device for the Observation of Stars) at the Canada–France–Hawaii Telescope, Narval at the Télescope Bernard Lyot and HARPSpol at the European Southern Observatory La Silla 3.6 m telescope, making MiMeS by far the largest systematic investigation of massive star magnetism ever undertaken. In this paper, the first in a series reporting the general results of the survey, we introduce the scientific motivation and goals, describe the sample of targets, review the instrumentation and observational techniques used, explain the exposure time calculation designed to provide sensitivity to surface dipole fields above approximately 100 G, discuss the polarimetric performance, stability and uncertainty of the instrumentation, and summarize the previous and forthcoming publications.

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The thesis is primarily concerned with the design, construction and preliminary commissioning of a novel polarimeter for full three-dimensional analysis of electron spin polarisation. The polarimeter is described in detail, together with the theoretical basis for its operation. Studies of an amorphous ferromagnetic alloy, Co66Fe4Ni1B14Si15, and its application as a secondary standard are presented. Finally, a design study of a GaAs polarised electron source, capable of providing both longitudinal and transverse polarisations, is detailed.

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Die Arbeit beschreibt die Analyse von Beobachtungen zweier Sonnenflecken in zweidimensionaler Spektro-Polarimetrie. Die Daten wurden mit dem Fabry-Pérot-Interferometer der Universität Göttingen am Vakuum-Turm-Teleskop auf Teneriffa erfasst. Von der aktiven Region NOAA 9516 wurde der volle Stokes-Vektor des polarisierten Lichts in der Absorptionslinie bei 630,249 nm in Einzelaufnahmen beobachtet, und von der aktiven Region NOAA 9036 wurde bei 617,3 nm Wellenlänge eine 90-minütige Zeitserie des zirkular polarisierten Lichts aufgezeichnet. Aus den reduzierten Daten werden Ergebniswerte für Intensität, Geschwindigkeit in Beobachtungsrichtung, magnetische Feldstärke sowie verschiedene weitere Plasmaparameter abgeleitet. Mehrere Ansätze zur Inversion solarer Modellatmosphären werden angewendet und verglichen. Die teilweise erheblichen Fehlereinflüsse werden ausführlich diskutiert. Das Frequenzverhalten der Ergebnisse und Abhängigkeiten nach Ort und Zeit werden mit Hilfe der Fourier- und Wavelet-Transformation weiter analysiert. Als Resultat lässt sich die Existenz eines hochfrequenten Bandes für Geschwindigkeitsoszillationen mit einer zentralen Frequenz von 75 Sekunden (13 mHz) bestätigen. In größeren photosphärischen Höhen von etwa 500 km entstammt die Mehrheit der damit zusammenhängenden Schockwellen den dunklen Anteilen der Granulen, im Unterschied zu anderen Frequenzbereichen. Die 75-Sekunden-Oszillationen werden ebenfalls in der aktiven Region beobachtet, vor allem in der Lichtbrücke. In den identifizierten Bändern oszillatorischer Power der Geschwindigkeit sind in einer dunklen, penumbralen Struktur sowie in der Lichtbrücke ausgeprägte Strukturen erkennbar, die sich mit einer Horizontalgeschwindigkeit von 5-8 km/s in die ruhige Sonne bewegen. Diese zeigen einen deutlichen Anstieg der Power, vor allem im 5-Minuten-Band, und stehen möglicherweise in Zusammenhang mit dem Phänomen der „Evershed-clouds“. Eingeschränkt durch ein sehr geringes Signal-Rausch-Verhältnis und hohe Fehlereinflüsse werden auch Magnetfeldvariationen mit einer Periode von sechs Minuten am Übergang von Umbra zu Penumbra in der Nähe einer Lichtbrücke beobachtet. Um die beschriebenen Resultate zu erzielen, wurden bestehende Visualisierungsverfahren der Frequenzanalyse verbessert oder neu entwickelt, insbesondere für Ergebnisse der Wavelet-Transformation. / The publication describes the analysis of two sunspot observations in two-dimensional spectropolarimetry. The data was obtained with the Fabry-Pérot-interferometer of Göttingen University at the German Vacuum Tower Telescope on Tenerife. Of the active region NOAA 9516 the full Stokes vector of polarised light was observed in the absorption line at 630.249 nm in single scans. A ninety minute time series of circular polarised light of the active region NOAA 9036 was observed at 617.3 nm wavelength. From the reduced data results for intensity, line-of-sight velocity, magnetic field strength as well as several other plasma parameters are inferred. Different approaches to solar atmosphere model inversion are applied and compared. The significant influence of errors is discussed in detail. The frequency behaviour of the results and spatial and temporal dependencies are further analysed by Fourier and wavelet transformation. As a result the existence of a high frequency band of velocity oscillations with a central frequency of about 75-seconds (13 mHz) can be confirmed. In greater heights of about 500 km the majority of the corresponding shock waves are derived from darker parts of the granules in contrast to the dominant five-minute-oscillations. 75-second-oscillations can also be observed in the active region, especially in the light bridge. In the identified bands of oscillatory velocity power, distinct structures become visible in a penumbral dark structure as well as in the light bridge that move into the quiet sun with a horizontal speed of 5-8 km/s. They show an increase in power, mostly 5-minute-band, and may be related to the Evershed cloud phenomenon. Under the constraint of a very low signal-to-noise ratio and high error influence, magnetic field variations of a 6-minute period are also observed in an umbral-penumbral transition area close to a light bridge. To derive these results, existing visualisation methods for frequency analysis where improved or newly developed, especially so for wavelet transform results.

Le relevé DEBRIS est effectué par le télescope spatial Herschel. Il permet d’échantillonner les disques de débris autour d’étoiles de l’environnement solaire. Dans la première partie de ce mémoire, un relevé polarimétrique de 108 étoiles des candidates de DEBRIS est présenté. Utilisant le polarimètre de l’Observatoire du Mont-Mégantic, des observations ont été effectuées afin de détecter la polarisation due à la présence de disques de débris. En raison d’un faible taux de détection d’étoiles polarisées, une analyse statistique a été réalisée dans le but de comparer la polarisation d’étoiles possédant un excès dans l’infrarouge et la polarisation de celles n’en possédant pas. Utilisant la théorie de diffusion de Mie, un modèle a été construit afin de prédire la polarisation due à un disque de débris. Les résultats du modèle sont cohérents avec les observations. La deuxième partie de ce mémoire présente des tests optiques du polarimètre POL-2, construit à l’Université de Montréal. L’imageur du télescope James-Clerk-Maxwell passe de l’instrument SCUBA à l’instrument SCUBA-2, qui sera au moins cent fois plus rapide que son prédécesseur. De même, le polarimètre suit l’amélioration et un nouveau polarimètre, POL-2, a été installé sur SCUBA-2 en juillet 2010. Afin de vérifier les performances optiques de POL-2, des tests ont été exécutés dans les laboratoires sub-millimétriques de l’Université de Western Ontario en juin 2009 et de l’Université de Lethbridge en septembre 2009. Ces tests et leurs implications pour les observations futures sont discutés. / The DEBRIS survey, being performed by the space telescope Herschel, is an unbiased sampling of the debris disks candidates in the solar neighbourhood. In the first part of this thesis, a ground-based polarimetric survey of 108 DEBRIS candidate stars is presented. Using the polarimeter, “La Belle et la Bete,” at the Mont-Megantic Observatory, observations were carried out in order to detect polarization induced by the presence of a debris disk. Due to a low rate of detection, a statistical analysis was performed to compare the polarization between stars owning a debris disk with stars without one. Using Mie scattering theory, a basic model was constructed to estimate the level of polarization produced by dust grains in a debris disk. The results of this model are consistent with our observations. The second part of the thesis presents the optical tests of the polarimeter POL-2, built at Université de Montréal. The James Clerk-Maxwell-Telescope imager SCUBA has been upgraded to SCUBA-2, which is more than one hundred times faster than its predecessor with 500 times more pixels. Likewise, the polarimeter follows the improvement as a new polarimeter, POL-2, was installed on SCUBA-2 in July 2010. In order to verify the optical performance of POL-2, tests were completed at the submillimeter laboratories at the University of Western Ontario in June 2009, and the University of Lethbridge in September 2009. These tests and their implications for future observations are discussed.

Le relevé DEBRIS est effectué par le télescope spatial Herschel. Il permet d’échantillonner les disques de débris autour d’étoiles de l’environnement solaire. Dans la première partie de ce mémoire, un relevé polarimétrique de 108 étoiles des candidates de DEBRIS est présenté. Utilisant le polarimètre de l’Observatoire du Mont-Mégantic, des observations ont été effectuées afin de détecter la polarisation due à la présence de disques de débris. En raison d’un faible taux de détection d’étoiles polarisées, une analyse statistique a été réalisée dans le but de comparer la polarisation d’étoiles possédant un excès dans l’infrarouge et la polarisation de celles n’en possédant pas. Utilisant la théorie de diffusion de Mie, un modèle a été construit afin de prédire la polarisation due à un disque de débris. Les résultats du modèle sont cohérents avec les observations. La deuxième partie de ce mémoire présente des tests optiques du polarimètre POL-2, construit à l’Université de Montréal. L’imageur du télescope James-Clerk-Maxwell passe de l’instrument SCUBA à l’instrument SCUBA-2, qui sera au moins cent fois plus rapide que son prédécesseur. De même, le polarimètre suit l’amélioration et un nouveau polarimètre, POL-2, a été installé sur SCUBA-2 en juillet 2010. Afin de vérifier les performances optiques de POL-2, des tests ont été exécutés dans les laboratoires sub-millimétriques de l’Université de Western Ontario en juin 2009 et de l’Université de Lethbridge en septembre 2009. Ces tests et leurs implications pour les observations futures sont discutés. / The DEBRIS survey, being performed by the space telescope Herschel, is an unbiased sampling of the debris disks candidates in the solar neighbourhood. In the first part of this thesis, a ground-based polarimetric survey of 108 DEBRIS candidate stars is presented. Using the polarimeter, “La Belle et la Bete,” at the Mont-Megantic Observatory, observations were carried out in order to detect polarization induced by the presence of a debris disk. Due to a low rate of detection, a statistical analysis was performed to compare the polarization between stars owning a debris disk with stars without one. Using Mie scattering theory, a basic model was constructed to estimate the level of polarization produced by dust grains in a debris disk. The results of this model are consistent with our observations. The second part of the thesis presents the optical tests of the polarimeter POL-2, built at Université de Montréal. The James Clerk-Maxwell-Telescope imager SCUBA has been upgraded to SCUBA-2, which is more than one hundred times faster than its predecessor with 500 times more pixels. Likewise, the polarimeter follows the improvement as a new polarimeter, POL-2, was installed on SCUBA-2 in July 2010. In order to verify the optical performance of POL-2, tests were completed at the submillimeter laboratories at the University of Western Ontario in June 2009, and the University of Lethbridge in September 2009. These tests and their implications for future observations are discussed.