Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée. / This thesis presents the results of a spectropolarimetric survey aimed at detecting directly the presence of magnetic fields in Wolf-Rayet (WR) stars. The search for the elusive WR fields began by observing the highly variable WN4 star EZ CMa = WR6 = HD 50896 and continued among a sample of eleven bright WR stars. All observations were obtained using the highly-efficient ESPaDOnS spectropolarimeter at the Canada-France-Hawaii telescope. The methodology used in this study attempts to detect the characteristic circular polarization (Stokes V) pattern in strong emission lines that is expected to arise as a consequence of a global magnetic field with a split monopole configuration. Since Stokes V data were affected by significant cross-talk from linear polarization to circular polarization, the spurious cross-talk signal was removed prior to applying the magnetic analysis. In the end, no magnetic fields are unambiguously detected in any of the observed stars. Nonetheless, the data show evidence supporting marginal detections for WR134, WR137 and WR138 for which the most probable field intensities, in the observable parts of the stellar winds, are B ~ 200, 130 and 80 G, respectively. In the case of non-detections, the average field strength upper-limit for the magnetic field is B ~ 500 G. Finally, this study cannot confirm the magnetic origin of co-rotating interaction regions observed in several WR stars since, out of 4 stars showing CIR-type variability, none showed decisive evidence for the presence of magnetic fields.

We present results from a study of the eclipsing, colliding-wind binary V444 Cyg that uses a combination of X-ray and optical spectropolarimetric methods to describe the 3D nature of the shock and wind structure within the system. We have created the most complete X-ray light curve of V444 Cyg to date using 40 ks of new data from Swift, and 200 ks of new and archived XMM-Newton observations. In addition, we have characterized the intrinsic, polarimetric phase-dependent behavior of the strongest optical emission lines using data obtained with the University of Wisconsin's Half-Wave Spectropolarimeter. We have detected evidence of the Coriolis distortion of the wind-wind collision in the X-ray regime, which manifests itself through asymmetric behavior around the eclipses in the system's X-ray light curves. The large opening angle of the X-ray emitting region, as well as its location (i.e. the WN wind does not collide with the O star, but rather its wind) are evidence of radiative braking/inhibition occurring within the system. Additionally, the polarimetric results show evidence of the cavity the wind-wind collision region carves out of the Wolf-Rayet star's wind.

Massive star winds are complex radiation-hydrodynamic (sometimes magnetohydrodynamic) outflows that are propelled by their enormously strong luminosities. The winds are often found to be structured and variable, but can also display periodic or quasi-periodic behavior in a variety of wind diagnostics. The regular variations observed in putatively single stars, especially in UV wind lines, have often been attributed to corotating interaction regions (CIRs) like those seen in the solar wind. We present light curves for variable polarization from winds with CIR structures. We develop a model for a time-independent CIR based on a kinematical description. Assuming optically thin electron scattering, we explore the range of polarimetric light curves that result as the curvature, latitude, and number of CIRs are varied. We find that a diverse array of variable polarizations result from an exploration of cases. The net polarization from an unresolved source is weighted more toward the inner radii of the wind. Given that most massive stars have relatively fast winds compared to their rotation speeds, CIRs tend to be conical at inner radii, transitioning to a spiral shape at a few to several stellar radii in the wind. Winds with a single CIR structure lead to easily identifiable polarization signatures. By contrast allowing for multiple CIRs, all emerging from a range of azimuth and latitude positions at the star, can yield complex polarimetric behavior. Although our model is based on some simplifying assumptions, it produces qualitative behavior that we expect to be robust, and this has allowed us to explore a wide range of CIR configurations that will prove useful for interpreting polarimetric data.

We present the first high-resolution X-ray spectrum of a putatively single Wolf–Rayet (WR) star. 400 ks observations of WR 6 by the XMM-Newton telescope resulted in a superb quality high-resolution X-ray spectrum. Spectral analysis reveals that the X-rays originate far out in the stellar wind, more than 30 stellar radii from the photosphere, and thus outside the wind acceleration zone where the line-driving instability (LDI) could create shocks. The X-ray emitting plasma reaches temperatures up to 50 MK and is embedded within the unshocked, “cool” stellar wind as revealed by characteristic spectral signatures. We detect a fluorescent Fe line at ≈6.4 keV. The presence of fluorescence is consistent with a two-component medium, where the cool wind is permeated with the hot X-ray emitting plasma. The wind must have a very porous structure to allow the observed amount of X-rays to escape. We find that neither the LDI nor any alternative binary scenario can explain the data. We suggest a scenario where X-rays are produced when the fast wind rams into slow “sticky clumps” that resist acceleration. Our new data show that the X-rays in single WR star are generated by some special mechanism different from the one operating in the O-star winds.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée. / This thesis presents the results of a spectropolarimetric survey aimed at detecting directly the presence of magnetic fields in Wolf-Rayet (WR) stars. The search for the elusive WR fields began by observing the highly variable WN4 star EZ CMa = WR6 = HD 50896 and continued among a sample of eleven bright WR stars. All observations were obtained using the highly-efficient ESPaDOnS spectropolarimeter at the Canada-France-Hawaii telescope. The methodology used in this study attempts to detect the characteristic circular polarization (Stokes V) pattern in strong emission lines that is expected to arise as a consequence of a global magnetic field with a split monopole configuration. Since Stokes V data were affected by significant cross-talk from linear polarization to circular polarization, the spurious cross-talk signal was removed prior to applying the magnetic analysis. In the end, no magnetic fields are unambiguously detected in any of the observed stars. Nonetheless, the data show evidence supporting marginal detections for WR134, WR137 and WR138 for which the most probable field intensities, in the observable parts of the stellar winds, are B ~ 200, 130 and 80 G, respectively. In the case of non-detections, the average field strength upper-limit for the magnetic field is B ~ 500 G. Finally, this study cannot confirm the magnetic origin of co-rotating interaction regions observed in several WR stars since, out of 4 stars showing CIR-type variability, none showed decisive evidence for the presence of magnetic fields.

SpIOMM (le spectromètre-imageur de l’observatoire du Mont-Mégantic), installé à l’observatoire du Mont-Mégantic depuis 2004, est un spectromètre-imageur à transformée de Fourier qui reste, à ce jour, le seul instrument au monde en mesure d’échantillonner un champ de 12 minutes d’arc en 1.4 millions de spectres dans les longueurs d’onde du visible. L’installation, en 2010, d’une seconde caméra, qui a ouvert la possibilité d’utiliser les données présentes sur le second port de sortie de l’interféromètre, d’une part, et la réalisation de SITELLE (le spectromètre-imageur pour l’étude en long et en large des raies d’émission), une version améliorée de SpIOMM pour le télescope Canada-France-Hawaï, d’autre part, ont rendu impératif le développement d’un logiciel de réduction capable de combiner les données issues des deux ports de sorties pour en tirer toute l’information disponible. L’essentiel de cette thèse porte sur l’élaboration de ORBS, un logiciel de réduction des données de SpIOMM et SITELLE entièrement automatique et conçu sur un modèle architectural ouvert et évolutif. Une étude de la nébuleuse Wolf-Rayet M1-67, réalisée à partir des données de SpIOMM réduites avec ORBS, qui démontre clairement, et pour la première fois, l’existence de deux régions de matériel fortement enrichi en azote, est également présentée à titre d’application. / SpIOMM (spectromètre-imageur de l’observatoire du Mont-Mégantic), attached to the telescope of the Observatoire du Mont-Mégantic, is an imaging Fourier transform spectrometer which is still the only instrument in the world capable of sampling a 12 arc-minute field of view into 1.4 million spectra in the visible band. Since the installation in 2010 of a second camera, which has given the possibility of using the data on the second port of the interferometer, on the one hand, and the development of SITELLE (spectromètre-imageur pour l’étude en long et en large des raies d’émission), an upgraded version of SpIOMM, for the Canada-France-Hawaii Telescope, on the other hand, the design of a data reduction software capable of combining the data of both ports, has become a necessity. The main part of this thesis concerns ORBS, a data reduction software for SpIOMM and SITELLE fully automated and based on an open and upgradable architecture. An application to the study of the Wolf-Rayet nebula M1-67, which, for the first time, clearly demonstrates the existence of two regions made of a material strongly enriched in nitrogen, is also presented.

To investigate if magnetic fields are present in Wolf–Rayet stars, we selected a few stars in the Galaxy and one in the Large Magellanic Cloud (LMC). We acquired low-resolution spectropolarimetric observations with the European Southern Observatory FORS 2 (FOcal Reducer low dispersion Spectrograph) instrument during two different observing runs. During the first run in visitor mode, we observed the LMC Wolf–Rayet star BAT99 7 and the stars WR 6, WR 7, WR 18, and WR 23 in our Galaxy. The second run in service mode was focused on monitoring the star WR 6. Linear polarization was recorded immediately after the observations of circular polarization. During our visitor observing run, the magnetic field for the cyclically variable star WR 6 was measured at a significance level of 3.3σ (〈Bz〉 = 258 ± 78 G). Among the other targets, the highest value for the longitudinal magnetic field, 〈Bz〉 = 327 ± 141 G, was measured in the LMC star BAT99 7. Spectropolarimetric monitoring of the star WR 6 revealed a sinusoidal nature of the 〈Bz〉 variations with the known rotation period of 3.77 d, significantly adding to the confidence in the detection. The presence of the rotation-modulated magnetic variability is also indicated in our frequency periodogram. The reported field magnitude suffers from significant systematic uncertainties at the factor of 2 level, in addition to the quoted statistical uncertainties, owing to the theoretical approach used to characterize it. Linear polarization measurements showed no line effect in the stars, apart from WR 6. BAT99 7, WR 7, and WR 23 do not show variability of the linear polarization over two nights.

Le parsec central de la Galaxie a été observé à l'aide de spectro-imagerie BEAR haute résolution spectrale (jusqu'à 21 km/s) et moyenne résolution spatiale (0,5"), dans les raies Bracket gamma (2,16 micron) et He I à 2,06 microns, et d'imagerie haute résolution. Ces données ont servi à étudier la population d'étoiles jeunes et massives, la structure et la dynamique des flots de gaz ionisé de Sgr A Ouest. Les résultats obtenus, notamment la séparation des étoiles en un groupe de 6 LBV d'une part (le complexe IRS 16) et plus de 20 Wolf-Rayet d'autre part, ainsi que la résolution de IRS 13E en un amas d'au moins 6 étoiles massives, soutiennent l'idée d'une formation des étoiles jeunes en un amas massif à distance du Centre Galactique. La vision très détaillée de Sgr A Ouest et le modèle cinématique proposé du Bras Nord soutiennent l'idée que ce gaz ionisé est constitué par les fronts d'ionisation de plus vastes nuages neutres étirés par les forces de marée, provenant du Disque circumnucléaire.

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Diverses méthodes ont été utilisées pour étudier les étoiles Wolf-Rayet (WR) dans le but de comprendre les phénomènes physiques variés qui prennent place dans leur vent dense. Pour étudier la variabilité qui n'est pas strictement périodique et ayant des caractéristiques différentes d'une époque à l'autre, il faut observer pendant des périodes de temps suffisamment longues en adopter un échantillonnage temporel élevé pour être en mesure d'identifier les phénomènes physiques sous-jacents. À l'été 2013, des astronomes professionnels et amateurs du monde entier ont contribué à une campagne d'observation de 4 mois, principalement en spectroscopie, mais aussi en photométrie, polarimétrie et en interférométrie, pour observer les 3 premières étoiles Wolf-Rayet découvertes: WR 134 (WN6b), WR 135 (WC8) et WR 137 (WC7pd + O9). Chacune de ces étoiles est intéressante à sa manière, chacune présentant une variété différente de structures dans son vent. Les données spectroscopiques de cette campagne ont été réduites et analysées pour l'étoile présumée simple WR 134 pour mieux comprendre le comportement de sa variabilité périodique à long terme dans le cadre d'une étude des régions d'interactions en corotation (CIRs) qui se retrouvent dans son vent. Les résultats de cette étude sont présentés dans ce mémoire. / Wolf-Rayet stars have been studied using various methods in order to understand the many physical phenomena taking place in their dense outflows. In the case of variability that is not strictly periodic or for epoch-dependant changes, the challenge is to observe for su fficiently long periods of time and with a high enough time sampling to be able to understand the underlying phenomena. During the summer of 2013, professional and amateur astronomers from around the world contributed to a 4-month campaign, mainly in spectroscopy but also in photometry, polarimetry and interferometry, to observe the fi rst 3 Wolf-Rayet stars discovered: WR 134 (WN6b), WR 135 (WC8) and WR 137 (WC7pd+O9). Each of these stars are interesting in their own way, showing a variety of stellar wind structures. The spectroscopic data from this campaign have been reduced and analyzed for the presumably single star WR 134 in order to better understand its behavior and long-term periodicity in the context of corotating interaction regions (CIRs) in the wind. The results of this study are presented in this thesis.