Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

The spectral characteristics of crystalline olivine can be used as a probe of thephysical and chemical properties of circumstellar environments. In this thesisare presented the first Herschel Space Telescope observations of the 69 µmband of crystalline olivine in the debris disk of ß Pictoris and the circumstellarenvironment of evolved stars. The observed 69 µm band and other features of crystalline olivine are used todetermine the composition and location of the olivine crystals in the youngplanetary system of ß Pictoris. This analysis shows that the olivine crystals arepart of the collisional debris of relatively small (<10 km) comet-like planetesimalsorbiting in a Kuiper belt-like region of the planetary system. It is shown thatthe composition of the crystals is remarkably similar to those in comets of ourSolar System. A large set of Herschel/PACS observations of the 69 µm band of crystallineolivine in the circumstellar environment of evolved stars is presented. Thissample consists out of many different types of evolved stars, among whichOH/IR stars, post-AGB stars and planetary nebulae. The 69 µm bands of thesestars show that all these different types of evolved sources all produce the samepure magnesium-rich crystalline olivine. The OH/IR subsection of the large sample of Herschel/PACS observations isanalyzed in more detail. It is shown that the current and dense superwindof these objects has started no longer than 1200 years ago and that the dustin their outflows contains 2-14 % crystalline olivine (by mass). Depending onthe progenitor mass of the star the short time-scales that are found for thesuperwind causes a conundrum. The stars with a high mass progenitor starneed to go through several of these superwinds in order to lose enough massto leave the Asymptotic Giant Branch. Until now no such previously emittedsuperwinds have been detected as extended shells around such objects and thefurther evolution of these objects is not known.

academic collection --- 524.3 <043> --- 523.6 <043> --- Stars--Dissertaties --- Interplanetary medium--dissertaties --- Theses --- 524.3 <043> Stars--Dissertaties

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In onze kennis over de eindfase van sterren ontbreken nog steeds een aantal belangrijke puzzelstukken, zeker als de ster deel is van een binair systeem. In dit proefschrift dragen we bij aan de studie rond deze evolutie fase door een groep van binaire systemen te bestuderen in dewelke een component sterk geevolueerd is. Ons belangrijkste doel is om de structuur van de circumstellaire omgeving te bepalen. Daartoe maakten we gebruik van de gloednieuwe interferometrisch techniek in het infrarode golflengte domein. We onderzochten op een systematische manier en met een hoge ruimtelijke resolutie de omgeving rond een groep van post-AGB sterren. Alle bestudeerde sterren vertonen eenzelfde observationele karakteristiek: ze vertonen een sterk excess in het infrarode golflengte domein en dit excess begint reeds rond de H of K-fotometrische band. De objecten zijn binaire sterren die sterk geevolueerd zijn. Tijdens een fase van sterke binaire interactie werd een stabiel stof-reservoir in het systeem gevormd die verantwoordelijk is voor het geobserveerde excess. Gebruik makend van interferometrisch instrumentatie observeerden we de stofomgeving rond een grote groep van deze geevolueerde binaire sterren. Daardoor konden we voor de eerste keer de ruimtelijke structuur van het materiaal rond de ster vastleggen. De ruimtelijke schaal waarbinnen zich materiaal bevindt blijkt enorm compact te zijn. De emissie in de N-band komt van een gebied met een diameter van slechts 40 Astronomische Eenheden. We besluiten dat we bewijs vonden voor het feit dat het materiaal rond deze sterren gevangen zit in een stabiele schijf in Kepleriaanse rotatie. De schijf is opgebouwd uit zowel stof als gas. Door de hoge ruimtelijke resolutie metingen te confronteren met radiatieve modellen, in de welke de structuur bepaald wordt aan de hand van fysische vergelijkingen, konden we de structuur van de schijven rond binaire post-AGB vastleggen. We vonden dat deze sterren omgeven zijn door een stoffige schijf rond het binaire systeem, van dewelke de verticale hoogte significant is. In de schijf vinden we een groot gat dat vrij van stof is, daar het niet kan bestaan op de temperaturen die daar heersen. De radiale stof-verdeling begint waar het kan: daar waar het stof condenseert. Op die plaats is de schaalhoogte van de schijf groot. Een sterk en intrigerend resultaat van onze interferometrische campagne is dat we konden aantonen dat de basis-geometry van de schijven rond de verschillende objecten erg gelijkend is. Het resultaat van de sterke binaire interactie tijdens de late evolutiefases van de hoofdster, de schijf rond het binaire systeem, heeft gelijkaardige dimensies en dat voor alle objecten. Hoewel de dimensie van de verschillende schijven erg gelijkaardig is, worden er wel degelijk sterke verschillen genoteerd en dan vooral in de sterkte van het intensiteitsprofiel. We toonden dat dit het resultaat is van grote verschillen in de efficientie waarmee de schijf de straling van de ster opvangt en herverdeelt. We merkten op dat deze verschillen waarschijnlijk gerelateerd zijn met het groeiproces van stof in de schijf. In sommige objecten vinden we een extreem sterke verandering in de stof-karaketeristiek. Eenzelfde conclusie wordt getrokken uit de radiele verdeling van de kleine stofkorrels die de spectrale signatuur in de N-band veroorzaken. In de meeste objecten vinden we dat deze korrels homogeeen verdeeld zijn over de schijf, terwijl in sommige we die korrels vooral in de binnenste regionen terugvinden. De verschillende radiele verdeling van de kleine stofkorrels en de verschillen in de absorptie efficientie van de stofschijf zijn waarschijnlijk gerelateerd met een zelfde proces: stof groei. We vinden dat de verschillende absorptie efficientie van de schijf gerelateerd is met de orbitale periode van het centrale binaire systeem. Die systemen met een lange periode zijn omringd door een schijf die minder efficient de straling opvangt. Of dit een gevolg is van de evolutie van het centrale binaire systeem tegelijkertijd met een stofevolutie in de schijf blijft momenteel ongekend. Er wordt gehypothiseerd dat de fysische stof alteratie processen in de schijven rond binaire post-AGB objecten te vergelijken zijn met die in de schijven rond jonge sterren. In de groep van binaire post-AGB objecten vinden we inderdaad dat het stof een sterke evolutie doormaakt waarbij het groeit en er ook kristallen vormen. De ruimtelijke structuur van de schijven is dan ook van groot belang om deze processen te doorgronden. The final stellar evolution stages are still badly understood, the more so when the star is trapped in a binary system. In this PhD thesis, we contribute to the understanding of this evolutionary phase by investigating a group of evolved binaries. Our main goal is to investigate the structure of the circumstellar environment, using novel ground based observational techniques namely infrared interferometry. We performed a systematic interferometric study of a group of post-AGB stars with distinct observational characteristics: they show a broad infrared excess starting already at the H or K-band. All objects are found to be evolved binaries and during the binary evolution, a stable dusty reservoir must have been created in the system, which is responsible for the strong infrared excess. Using state-of-the-art interferometers mounted on 8-meter class telescopes, we observed the dust around these evolved binaries. For the first time, we resolved the very inner structures around our science targets: All objects show very small angular sizes with diameters of the order of 40 Astronomical Units at 8 micron. We concluded that we found the presence of Keplerian discs of gas and dust. By confronting the high spatial resolution measurements with self-consistent disc models based on radiative transfer, we could determine the structure of the discs around post-AGB binaries. The binaries are surrounded by a dusty, circumbinary disc with a large scale height. This dusty disc is comprised of a large, dust-free inner hole and the dust distribution starts where it can: at the dust sublimation radius. The inner most region of the dusty disc consist of a hot puffed-up inner rim. A strong and intriguing result of our interferometric campaign is that we could show that the basic structure of the discs around the various targets is very similar. The outcome of a strong binary interaction when the primary evolved - the circumbinary disc - has very similar dimensions and that for all targets. Although the N-band intensity profile is very similar for most targets, significant star-to-star differences are found in the strength of this profile. This can only result from a different absorption efficiency of the discs around the various targets. We linked this difference to the process of grain growth in the disc. In some targets, the grain processing must have been extreme in respect to others. The same is observed in the radial distribution of the small, feature producing silicates. In some targets, we find that these grains are homogeneously distributed, while in others we find them confined to the inner most regions. The difference in radial distribution of the small, processed grains and the difference in the absorption efficiency could be linked to a similar physical mechanism, i.e. dust processing. Surprisingly, the difference in absorption efficiency of the circumstellar environment is found to be correlated with the orbital period of the central binary. Those targets with long orbits are those targets in which the circumbinary disc has a lower absorption efficiency. Whether this points to an evolution of the orbital period in phase with the evolution of the circumstellar environment remains unknown. It is hypothesized that the physical processes in the discs around binary post-AGB stars are similar to those found around young stellar objects. In the sample of binary post-AGB stars, strong dust processing is indeed found, both in grain growth and in amount of crystallisation. The geometry of the dusty discs around evolved targets will serve as a background onto which processes like grain aggregation, crystallisation, etc. will be acting. The geometrical constraints provided by interferometric measurements are extremely important to understand the efficient dust processing. In mijn doctoraatswerk bestudeerde ik de circumstellaire omgeving van sterk geevolueerde binaire sterren. Daar deze objecten heel ver verwijderd zijn, maakten we gebruik van interferometry, een gloednieuwe observationele techniek. Interferometry staat voor het combineren van lichtbundels van verschillende, ruimtelijk gesepareerde telescopen, met als doel de ruimtelijke resolutie te benaderen alsof het een enorme telescoop was. Gebruik makend van de nieuwste interferometers, geent op telescopen elk met een diameter van 8 meter, konden we de kleinste details van onze studiegroep onderzoeken. We vonden dat elk van de door ons bestudeerde binaire objecten omgeven is door een stabiele schijf rond het binaire systeem die bestaat uit gas en stof. Deze schijf werd naar alle waarschijnlijkheid gevormd tijdens een fase van sterke binaire interactie tussen beide centrale sterren. Aan de hand van onze ruimtelijke metingen konden we de structuur van die schijven vastleggen. Het gaat om een compacte schijf met een grote schaalhoogte die waarschijnlijk roteert met een Kepleriaans profiel. De stof-schijf bestaat uit een groot gat, daar stof niet kan bestaan zo dicht bij de ster. De stoffige schijf begint waar hij kan: op die plaats waar het stof condenseert. Op die plaats is de verticale hoogte van de schijf groot. We vonden tevens dat deze stabiele geometry rond de vergeevolueerde sterren een ideale omgeving vormt voor processen die de stof-samenstelling veranderen. We vonden dat in deze lang-levende structuren het stof sterk evolueert en er zich grotere korrels vormen alsook kristalstructuren. Het proces van stof-groei, migratie naar het equatoriale vlak and radiele vermenging is echter niet gelijkaardig voor de verschillende bestudeerde objecten. We vinden dat de verschillende objecten wijzen op een sterke evolutie: hoe langer de schijf bestaat, hoe meer het stof verandert van samenstelling. We besloten dat de fysische processen die aan de gang zijn in de stof-schijven rond ver-geevolueerde sterren gelijkaardig zijn aan die waargenomen rond jonge sterren, in dewelke planeten gevormd worden. Al de geobserveerde objecten bevinden zich in een binair systeem en we vonden dat de evolutie en vorming van stofschijven een belangrijk element is om de evolutie van dit soort objecten te begrijpen. Om de late evolutiestadia van binaire geevolueerde sterren te begrijpen, moeten we inzicht verwerven in deze Kepleriaanse schijven. De schijf heeft immers een belangrijke invloed op het binaire systeem en op het latere massaverlies. Zulke schijven kunnen belangrijk zijn om de verassende vormen en dynamica van (pre-) Planetaire Nevels te begrijpen. In my PhD thesis I focused on the study of the circumstellar environment of evolved stars using novel ground based observational techniques namely infrared interferometry. Using state-of-the-art interferometers mounted on 8-meter class telescopes, we resolved the very inner dust structures around evolved binaries. We found that in all cases, our evolved objects are surrounded by Keplerian discs of gas and dust. We also discovered that in these long-lived structures, the dust is strongly processed and the grains are subject to a variable degree of crystallisation, grain growth, settling, and radial mixing. We concluded that the physical processes involved are very similar to the ones governing the proto-planetary discs around young stellar objects. All our observed evolved sources reside in binaries and we concluded that the formation and evolution of the discs are key ingredients in the evolution of the objects. The presence of the disc has strong consequences on the shaping of the mass outflow. It is clear that in order to understand binary evolution, we need to understand the formation and influence of the Keplerian disc on the system and its outflow. We argued that the formation, structure and evolution of Keplerian discs is a key ingredient in the evolution of wide sample of binaries and may be an important ingredient in the badly understood shaping and dynamics of (proto-) Planetary Nebulae.

Academic collection --- 52 --- Astronomy. Astrophysics. Space research. Geodesy --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

The work presented in this thesis focuses on a specific group of evolved stars, the S stars, which have stellar atmospheres with a peculiar chemical composition. Most of these stars exhibit a cool dusty stellar wind. The dust particles in this stellar outflow are built from the same atoms and molecules that are present in the stellar atmosphere. In this thesis, we aim to gain insight in the relation between the chemical composition and dynamics of the stellar atmosphere on the one hand, and the chemical and physical properties of the circumstellar gas and dust on the other hand. The work we present is embedded in the research of stars evolving along the Asymptotic Giant Branch (AGB). During this evolutionary phase, the star undergoes drastic changes in chemical composition of the stellar atmosphere. This change in chemical content is very complex and plays a major role in our understanding of the origin and distribution of elements. We focus in this thesis on the subgroup of S stars. For these stars, this change in chemical composition of the stellar atmosphere is reflected in the appearance of the circumstellar environment. Another important characteristic of AGB stars is the mass loss. It is generally accepted that the mass loss of AGB stars is dust-driven: pulsations bring the envelope far from the stellar equilibrium radius, where the temperatures are low enough for dust-condensation. This dust is accelerated by radiative pressure and drags the gas along with it. The theory behind this mass-loss process is not yet fully understood. The mass loss depends not only on the dynamics of the stellar atmosphere, but also on the physical and chemical properties of the dust grains. A small step towards understanding this mechanism is making an inventory of all dust species that can be observed around AGB stars and by analysing how the formation of these species can be tied back to the properties of the stellar atmosphere. In this thesis, we make these small steps for a large sample of S stars, based on a unique dataset of high-quality infrared spectra obtained with the Infrared Spectrograph onboard the Spitzer satellite.

Academic collection --- Theses