Classical Cepheids are key probes of both stellar astrophysics and cosmology as standard candles and pulsating variable stars. It is important to understand Cepheids in unprecedented detail in preparation for upcoming Gaia, James Webb Space Telescope (JWST) and extremely-large telescope observations. Cepheid eclipsing binary stars are ideal tools for achieving this goal, however there are currently only three known systems. One of those systems, OGLE-LMC-CEP1812, raises new questions about the evolution of classical Cepheids because of an apparent age discrepancy between the Cepheid and its red giant companion. We show that the Cepheid component is actually the product of a stellar merger of two main sequence stars that has since evolved across the Hertzsprung gap of the HR diagram. This post-merger product appears younger than the companion, hence the apparent age discrepancy is resolved. We discuss this idea and consequences for understanding Cepheid evolution.

In this thesis a critical assessment of the ages derived using theoretical pre-main-sequence (pre-MS) stellar evolutionary models is presented by comparing the predictions to the low-mass pre-MS population of 14 young star-forming regions (SFRs) in colour-magnitude diagrams (CMDs). Deriving pre-MS ages requires precise distances and estimates of the reddening. Therefore, the main-sequence (MS) members of the SFRs have been used to derive a self-consistent set of statistically robust ages, distances and reddenings with associated uncertainties using a maximum-likelihood fitting statistic and MS evolutionary models. A photometric method (known as the Q-method) for de-reddening individual stars in regions where the extinction is spatially variable has been updated and is presented. The effects of both the model dependency and the SFR composition on these derived parameters are also discussed. The problem of calibrating photometric observations of red pre-MS stars is examined and it is shown that using observations of MS stars to transform the data into a standard photometric system can introduce significant errors in the position of the pre-MS locus in CMD space. Hence, it is crucial that precise photometric studies (especially of pre- MS objects) be carried out in the natural photometric system of the observations. This therefore requires a robust model of the system responses for the instrument used, and thus the calculated responses for the Wide-Field Camera on the Isaac Newton Telescope are presented. These system responses have been tested using standard star observations and have been shown to be a good representation of the photometric system. A benchmark test for the pre-MS evolutionary models is performed by comparing them to a set of well-calibrated CMDs of the Pleiades in the wavelength regime 0.4−2.5 μm. The masses predicted by these models are also tested against dynamical masses using a sample of MS binaries by calculating the system magnitude in a given photometric band- pass. This analysis shows that for Teff ≤ 4000 K the models systematically overestimate the flux by a factor of 2 at 0.5 μm, though this decreases with wavelength, becoming negligible at 2.2 μm. Thus before the pre-MS models are used to derive ages, a recalibration of the models is performed by incorporating an empirical colour-Teff relation and bolometric corrections based on the Ks-band luminosity of Pleiades members, with theoretical corrections for the dependence on the surface gravity (log g). The recalibrated pre-MS model isochrones are used to derive ages from the pre-MS populations of the SFRs. These ages are then compared with the MS derivations, thus providing a powerful diagnostic tool with which to discriminate between the different pre- MS age scales that arise from a much stronger model dependency in the pre-MS regime. The revised ages assigned to each of the 14 SFRs are up to a factor two older than previous derivations, a result with wide-ranging implications, including that circumstellar discs survive longer and that the average Class II lifetime is greater than currently believed.

Despite being observed since the XVIIIth century, Algol systems and related objects are<p>still rather poorly understood. We know that they are composed by a generally B-A main sequence<p>star and a lighter but more evolved companion star. This paradox is explained by the transfer of mass<p>between the two stars, but new problems arose. In particular, I studied the mass-transfer driven spin-<p>up of the accreting star that drives the star to critical rotation and the puzzling, indirectly observed, non-conservative evolution. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Polaris the Cepheid has been observed for centuries, presenting surprises and changing our view of Cepheids and stellar astrophysics, in general. Specifically, understanding Polaris helps anchor the Cepheid Leavitt law, but the distance must be measured precisely. The recent debate regarding the distance to Polaris has raised questions about its role in calibrating the Leavitt law and even its evolutionary status. In this work, I present new stellar evolution models of Cepheids to compare with previously measured CNO abundances, period change and angular diameter. Based on the comparison, I show that Polaris cannot be evolving along the first crossing of the Cepheid instability strip and cannot have evolved from a rapidly-rotating main sequence star. As such, Polaris must also be at least 118 pc away and pulsates in the first overtone, disagreeing with the recent results of Turner et al. (2013, ApJ, 762, L8).

The last twenty-five years have seen our understanding of the formation and abundance of planets revolutionised, thanks to the first detections of debris discs, and, a decade later, of the first extrasolar planets. Hardly a week now goes by without a planet discovery, and the range of methods used to search for planets has expanded to include techniques that are efficient at detecting different types of planets. By combining the discoveries of the various methods, we therefore have the opportunity to build a picture of planet populations across the Galaxy. In this thesis, I am presenting work done as a basis towards such an effort: first I present work carried out to improve modelling methods for gravitational microlensing events. Since the first microlensing observing campaigns, the amount of data of anomalous events has been increasing ever faster, meaning that the time required to model all observed anomalous events is putting a strain on available human and computational resources. I present work to develop a method to fit anomalous microlensing events automatically and show that it is possible to conduct a thorough and unbiased search of the parameter space, illustrating this by analysing an event from the 2007 observing season. I then discuss the possible models found with this method for this event, and their implication (Kains et al. 2009), and find that this algorithm locates good-fit models in regions of parameters that would have been very unlikely to be found using standard modelling methods. Results indicate that it is necessary to use a full Bayesian approach, in order to include prior information on the parameters. I discuss the analytical priors calculated by Cassan et al. (2009) and suggest a possible form of an automatic fitting algorithm by incorporating these priors in the algorithm used by Kains et al. (2009). Another topic with which this thesis is concerned is the evolution of debris discs around solar-type stars. Late-type stars are expected to be the most numerous host stars of planets detected with the microlensing technique. Understanding how their debris discs evolve equates to understanding the earliest stages of planet formation around these stars, allowing us to truly put our Solar System in perspective. Using the analytical model of Wyatt et al. (2007a), I modelled the evolution of infrared excess flux at 24 and 70 microns using published data of debris discs around solar-type (spectral types F, G and K) stars from the Spitzer Space Telescope. By comparing the results of this study to an analogous study carried out by for A stars by Wyatt et al. (2007b), I find that although best-fit parameters are significantly different for solar-type stars, this may be due to the varying number of inefficient emitters around stars of different spectral types. I suggest that although effective properties are different by an order of magnitude or more, intrinsic properties, while still different, are so by a much smaller factor. These differences may be due to the longer timescales over which solar-type stars evolve, which allow for the formation of larger and stronger planetesimals.

Les étoiles enregistrent le passé dans leurs âges, leurs compositions chimiques et leur cinématique. Elles peuvent fournir des contraintes détaillées sur les premières époques de la formation des galaxies, jusqu’aux redshifts supérieurs à deux (un recul d’environ 10 milliards d’années). En particulier, les âges stellaires sont essentiels pour la compréhension de l’histoire de la Voie Lactée et pour la comparaison avec les modèles d’évolution galactique.L’avènement de la mission spatiale Gaia ouvre la voie à l’estimation de l’âge pour de grands échantillons d’étoiles. En particulier, les méthodes basées sur l’ajustement d’isochrones peuvent être utilisées. En plus, les distances précises mesurées par Gaia permettent de développer les estimateurs d’âge indirects basés sur l’horloge d’évolution de la population stellaire. En fait, les schémas d’abondance chimique, imprimés sur les atmosphères stellaires, représentent les conditions du gaz au moment de la formation des étoiles à des redshifts supérieurs à deux. Les produits d’évolution chimique de différents canaux nucléosynthétiques peuvent donc fournir une approximation temporelle, qui, après l’étalonnage, peut être utilisé comme un estimateur d’âge.Cette thèse est centrée sur l’utilisation d’horloge chimique particulière : l’abondance [Y/Mg]. À cette fin, les premières données astrométriques de la mission Gaia ont été combinées avec des données spectroscopiques à haute résolution du catalogue AMBRE HARPS. Tout d’abord, l’identification des objets d’AMBRE a été améliorée grâce à la correspondance avec le catalogue 2MASS et la Gaia DR1. Au total, 6776 étoiles ont été identifiées.Deuxièmement, afin d’obtenir des estimations précises du rapport d’abondance [Y/Mg] pour les étoiles du disque galactique, l’outil automatisé GAUGUIN, intégré à la chaîne Gaia DPAC APSIS, a été optimisé et testé. En particulier, les capacités d’estimation d’abondances chimiques ont été améliorées pour des grilles de spectres synthétiques irrégulières, couvrant une large gamme de paramètres atmosphériques stellaires.Troisièmement, le ratio [Y/Mg] a été estimé pour environ 2000 étoiles à partir des données spectroscopiques d’AMBRE HARPS. Les erreurs internes et externes des abondances ont été soigneusement analysées. Les étoiles étudiées appartiennent principalement aux disques mince et épais galactique, dans la gamme de métallicité allant de –1,0 dex à 0,5 dex.Quatrièmement, grâce à l’estimation d’âge basée sur l’adaptation des isochrones pour 342 "turn-off" étoiles d’échantillon, la sensibilité à l’âge du rapport [Y/Mg] a été étudié. L’analyse révèle une corrélation claire entre [Y/Mg] et l’âge pour les étoiles du disque mince de différentes métallicités. Cela correspond aux études antérieures sur les étoiles de type solaire. De plus, aucune dépendance à la métallicité avec l’âge stellaire n’est détectée, donc le ratio [Y/Mg] peut être utilisé comme un indicateur fiable d’âge. Enfin, la relation [Y/Mg] versus l’âge présente une discontinuité entre les étoiles du disque épais autour de 9–10 Gyrs. Pour ces étoiles, la corrélation est différente et a une tendance probablement plus forte avec l’âge. Cela reflète la différence dans les histoires d’évolution chimique pour les deux composantes du disque. / Stars record the past in their ages, chemical compositions and kinematics. They can provide unprecedented detailed constraints on the early epochs of galaxy formation, back to redshifts greater than two (a look-back time of around 10 billion years). In particular, stellar ages are crucial to the understanding of the Milky Way history and for comparison with galactic evolution models. The advent of the Gaia space mission has opened the path to stellar age estimations for large samples of stars, in particular, based on isochrone fitting methods. In addition, Gaia precise distances allow to develop indirect age estimations based on the stellar population chemical evolution clock. In fact, the chemical abundance patterns imprinted on stellar atmospheres represent the gas conditions at the time of the stars’ formation back to redshifts greater than two. The chemical evolution products of different nucleosynthetic channels can therefore provide a time proxy. After calibration, it can be used as an age estimator.This thesis is focussed on the use of a particular chemical clock, the [Y/Mg] abundance. To this purpose, the astrometric Gaia mission data from the first data release was combined with high resolution spectroscopic data from the AMBRE-HARPS catalogue. First of all, the object identification of the AMBRE archival data was improved, thanks to a cross match with the 2MASS catalog, and later the Gaia DR1. In total, 6776 different stars have been identified.Secondly, in order to obtain precise estimations of the [Y/Mg] abundance ratio for galactic disc stars, the automated GAUGUIN tool integrated in the Gaia DPAC APSIS chain, has been optimized and tested. In particular, the abundance estimation capabilities of the APSIS GAUGUIN tool have been improved for irregularly distributed synthetic spectra grids, spanning a large range in stellar atmospheric parameters.Thirdly, the [Y/Mg] abundance ratio has been estimated for about 2000 stars from the AMBRE HARPS spectroscopic data. In addition, the internal and external errors of the abundances were carefully analysed. The studied stars belong mainly to the galactic thin and thick disc, in the metallicity range from --1.0 dex to 0.5 dex.Fourth, thanks to the isochrone fitting age estimations of 342 turn-off stars of the sample, the age sensitivity of the [Y/Mg] ratio has been studied. The analysis reveals a clear correlation between [Y/Mg] and age for thin disk stars of different metallicities, in synergy with previous studies of Solar type stars. In addition, no metallicity dependence with stellar age is detected, allowing to use the [Y/Mg] ratio as a reliable age proxy.Finally, the [Y/Mg] vs. age relation presents a discontinuity between thin and thick disk stars around 9–10 Gyrs. For thick disk stars, the correlation has a different zero point and probably a steeper trend with age, reflecting the different chemical evolution histories of the two disk components.

Nous présentons une analyse homogène de 1023 naines blanches de type DZ et 319 de type DQ. Ceci représente un progrès important par rapport aux précédentes analyses de ce type, notamment Dufour et al. (2005; 56 DQs) et Dufour et al. (2007; 159 DZs). Nous utilisons les parallaxes trigonométriques de la deuxième parution de données de Gaia, ainsi que la photométrie du Sloan Digital Sky Survey, PanSTARRS, Gaia ou de la photométrie BVRI prise de la littérature, qui nous permettent de déterminer la masse de la vaste majorité des objets de notre échantillon. Nous utilisons les méthodes photométriques et spectroscopiques conjointement avec les plus récents modèles d'atmosphère disponibles incluant les effets de haute densité pour déterminer la température, la gravité de surface et les abondances des éléments pour chaque objet. Nous étudions l'abondance d'hydrogène dans les étoiles DZ et les propriétés des planétésimaux accrétés. Nous trouvons un grand nombre d'étoiles polluées dont les progéniteurs ont une masse supérieure à trois masses solaires, démontrant que la formation d'objets rocheux est commune autour de ce type d'étoiles. Nous présentons des distributions de masses pour les deux types spectraux. Celle des étoiles DQ montre deux populations séparées, dont une plus massive. Nous explorons la nature de celle-ci à l'aide des mouvements propres de Gaia et discutons qu'il s'agit possiblement d'une population d'étoiles ayant fusionné. Nous observons les traces de la cristallisation dans les étoiles DQ massives. Finalement, nous discutons de l'évolution spectrale et présentons les paramètres atmosphériques pour chaque objet. / We present a homogeneous analysis of 1023 DZ and 319 DQ white dwarf stars taken from the Montreal White Dwarf Database. This represents a significant increase over the previous comprehensive studies on these types of objects, namely those of Dufour et al. (2005; 56 DQs) and Dufour et al. (2007; 159 DZs). We use new trigonometric parallax measurements from the Gaia second data release, together with photometry from the Sloan Digital Sky Survey, PanSTARRS, Gaia, or BVRI from the literature, which allow the determination of the mass for the majority of the objects in our sample. We use the photometric and spectroscopic techniques with the most recent atmosphere models available, which include high density effects, to accurately determine the effective temperature, surface gravity, and heavy element abundances for each object. We study the abundance of hydrogen in DZ white dwarfs and the properties of the accreted planetesimals. We find many white dwarfs dwarfs with progenitor masses above 3 solar mass, demonstrating that the formation of rocky material is not rare around this type of stars. We also present mass distributions for both spectral types. We explore the nature of the second sequence of DQ stars using proper motions from Gaia and discuss the possibility that it is a population of merged white dwarfs. We highlight evidence of crystallization in massive DQ stars. Finally, we discuss the implications of our findings in the context of the spectral evolution of white dwarfs, and provide the atmospheric parameters for each star.

No description available.

Ce mémoire présente une analyse spectro-photométrique de 2880 naines blanches situées dans un rayon de 100 pc du Soleil, plus froides que Teff ∼ 10,000 K, et possédant de la photométrie grizy de Pan-STARRS et une mesure de parallaxe trigonométrique de Gaia. Les données photométriques JHK dans le proche infrarouge sont également incluses, lorsque disponibles, et s’avèrent essentielles pour l’interprétation des naines blanches les plus froides de l’échantillon. Une analyse détaillée de chaque objet individuel est effectuée en utilisant des modèles d’atmosphère de pointe appropriés pour chaque type spectral, y compris les DA, DC, DQ, DZ, les DA riches en hélium, et les naines blanches dites faibles dans l’infrarouge (IR-faint). Les distributions en température et en masse de chaque sous-échantillon sont discutées, ainsi que l’évolution spectrale des naines blanches froides. L’échantillon présente peu d’évidence quant à la transformation des étoiles DA en naines blanches avec une atmosphère riche en hélium par le processus de mélange convectif entre Teff = 10,000 K et ∼6500 K. Cependant, cette tendance change radicalement dans les environs de Teff = 6500–5500 K où la fraction de naines blanches avec une atmosphère riche en hélium atteint ∼45%. Pour les étoiles plus froides (Teff ≲ 5200 K), les résultats indiquent que la majorité des DC ont une atmosphère dominée par l’hydrogène. Un mécanisme possible impliquant la cristallisation et le magnétisme est proposé afin d’expliquer cette transformation soudaine d’une atmosphère riche en hélium en une atmosphère riche en hydrogène. Finalement, cette analyse montre que les naines blanches de type DQ, DZ et DC pourraient former une population plus homogène qu’on ne le pensait auparavant. / This work presents a spectro-photometric analysis of 2880 cool white dwarfs within 100 pc of the Sun and cooler than Teff ∼ 10,000 K, with grizy Pan-STARRS photometry and Gaia trigonometric parallaxes available. The data sets are also supplemented with near-infrared JHK photometry, when available, which is shown to be essential for interpreting the coolest white dwarfs in the sample. A detailed analysis of each individual object is performed using state-of-the-art model atmospheres appropriate for each spectral type including DA, DC, DQ, DZ, He-rich DA, and the so-called IR-faint white dwarfs. The temperature and mass distributions of each subsample are discussed, as well as the spectral evolution of cool white dwarfs. The sample shows little evidence for the transformation of a significant fraction of DA stars into He-atmosphere white dwarfs through the process of convective mixing between Teff = 10,000 K and ∼6500 K, although the situation changes drastically in the range Teff = 6500–5500 K where the fraction of He-atmosphere white dwarfs reaches ∼45%. However, there is strong evidence that at even cooler temperatures (Teff ≲ 5200 K), most DC white dwarfs have H atmospheres. A possible mechanism to account for this sudden transformation from He- to H-atmosphere white dwarfs involving the onset of crystallization and the occurrence of magnetism is presented. Finally, the results drawn from this work have shown that DQ, DZ, and DC white dwarfs may form a more homogeneous population than previously believed.

Nous présentons un relevé et une analyse spectroscopiques de plus de 1300 naines blanches brillantes (V < 17.5) et riches en hydrogène. Des spectres dans le domaine du visible avec un rapport signal-sur-bruit élevé ont été obtenus et les données ont ensuite été analysées avec notre méthode spectroscopique habituelle qui compare les profils observés des raies de Balmer à des spectres synthétiques calculés à partir de la dernière génération de modèles d’atmosphère. D’abord, nous présentons une analyse détaillée de 29 naines blanches de type DAO utilisant une nouvelle grille de modèles qui inclut du carbone, de l’azote et de l’oxygène aux abondances solaires. Nous démontrons que l’ajout de ces métaux dans les modèles d’atmosphère est essentiel pour surmonter le problème des raies de Balmer qui empêche un ajustement simultané de toutes les raies de Balmer avec des paramètres atmosphériques cohérents. Nous identifions également 18 naines blanches chaudes de type DA qui souffrent aussi du problème des raies de Balmer. Des spectres dans l’ultraviolet lointain obtenus des archives du satellite FUSE sont ensuite examinés pour démontrer qu’il existe une corrélation entre les abondances métalliques élevées et les cas du problème des raies de Balmer. Les conséquences de ces résultats pour toutes les naines blanches chaudes et riches en hydrogène sont discutées. En particulier, le scénario évolutif pour les naines blanches DAO est révisé et nous n’avons plus besoin d’évoquer l’évolution post-EHB pour expliquer la majorité des étoiles DAO. Finalement, nous élaborons un scénario dans lequel les métaux engendrent un faible vent stellaire qui expliquerait la présence d’hélium dans les étoiles DAO. Ensuite, nous présentons les résultats globaux de notre relevé, ce qui inclut une analyse spectroscopique de plus de 1200 naines blanches de type DA. En premier lieu, nous présentons le contenu spectroscopique de notre échantillon qui contient de nombreuses classifications erronées ainsi que plusieurs naines blanches de type DAB, DAZ et magnétiques. Nous discutons ensuite des nouveaux modèles d'atmosphère utilisés dans notre analyse. De plus, nous utilisons des modèles de naines M pour obtenir de meilleures valeurs des paramètres atmosphériques pour les naines blanches qui sont membres de systèmes binaires DA+dM. Certaines naines blanches uniques et quelques systèmes binaires double-dégénérées sont également analysés de manière plus détaillée. Nous examinons ensuite les propriétés globales de notre échantillon incluant la distribution de masse et la distribution de masse en fonction de la température. Nous étudions également la façon dont les nouveaux profils de raies de Balmer affectent la détermination des paramètres atmosphériques. Nous testons la précision et la robustesse de nos méthodes en comparant nos résultats avec ceux du projet SPY, dans le cadre duquel plus de 300 des mêmes naines blanches ont été analysées d'une manière complètement indépendante. Finalement, nous faisons un retour sur la bande d'instabilité des naines blanches pulsantes de type ZZ Ceti pour voir quels effets ont les nouveaux profils de raies sur la détermination de ses frontières empiriques. / We present a spectroscopic survey and analysis of over 1300 bright (V < 17.5), hydrogen-rich white dwarfs. High signal-to-noise ratio optical spectra were obtained and are then analyzed using our standard spectroscopic technique which compares the observed Balmer line profiles to synthetic spectra computed from the latest generation of model atmospheres. First, we present a detailed analysis 29 DAO white dwarfs using our new up-to-date model atmosphere grids in which we have included carbon, nitrogen, and oxygen at solar abundances. We demonstrate that the inclusion of these metals in the model atmospheres is essential in overcoming the Balmer-line problem, which manifests itself as an inability to fit all the Balmer lines simultaneously with consistent atmospheric parameters. We also identify 18 hot DA white dwarfs that also suffer from the Balmer-line problem. Far ultraviolet spectra from the {\it FUSE} archive are then examined to demonstrate that there exists a correlation between higher metallic abundances and instances of the Balmer-line problem. The implications of these findings for all hot, hydrogen-rich white dwarfs are discussed. Specifically, the possible evolutionary scenario for DAO white dwarfs is revised and post-EHB evolution need no longer be invoked to explain the evolution for the majority of the DAO stars. Finally, we discuss how the presence of metals might drive a weak stellar wind which in turn could explain the presence of helium in DAO white dwarfs. We then present the complete results from our survey, including the spectroscopic analysis of over 1200 DA white dwarfs. First we present the spectroscopic content of our sample which includes many misclassifications as well as several DAB, DAZ and magnetic white dwarfs. We then discuss the new model atmospheres we employ in our analysis. In addition, we use M dwarf templates to obtain better estimates of the atmospheric parameters for those white dwarfs which are in DA+dM binary systems. A handful of unique white dwarfs and double-degenerate binary systems are also analyzed in greater detail. We then examine the global properties of our sample including the mass distribution and mass distribution as a function of temperature. Next, we look at how the new Balmer-line profiles affect the determination of the atmospheric parameters. We then proceed to test the accuracy and robustness of our method by comparing our results to those of the SPY survey which has analyzed over 300 of the same white dwarfs in a completely independent manner. Finally, we also re-visit the ZZ Ceti instability strip and how the determination of its empirical boundaries is affected by the latest line profile calculations.