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Natural Sciences and Engineering; Fundamental Sciences

Gilles Fontaine

White dwarf stars and behavior of matter

Professeur titulaire

Faculté des arts et des sciences - Département de physique

Roger-Gaudry, room F-415

514 343-6111 #47666

gilles.fontaine.1@umontreal.ca

Secondary number: 514 343-2071 (Télécopieur)
Secondary email: fontaine@astro.umontreal.ca (Travail)

Media

Les nouvelles planètes de Gilles Fontaine

Deux planètes à 3900 années lumières de la Terre à l'extérieur de notre système solaire.

Profile

Research expertise

Professor Gilles Fontaine’s research in astroseismology and stellar evolution recently led him to look at the fascinating challenges involved in characterizing exoplanets, one of the most important issues in contemporary astrophysics. Most of the time, an exoplanet’s properties cannot be determined unless the fundamental characteristics of its host star are known.

The astroseismological method is an excellent tool for this purpose and, if properly used, can determine the structural parameters of a variable star with great precision, along with its internal stratification and its age. Gilles Fontaine has begun to explore this research approach, which has already proven its merits on several occasions when planets have been discovered orbiting variable stars.

An impressive and growing number of white dwarfs seem to bear signs of planetary debris, opening the possibility of determining the bulk composition of these debris, a unique tool in planetology. The potential in this case is huge and very promising. White dwarfs play the role of a “substrate,” in a way, on which heavy elements constituting planetary debris are deposited, but a permeable substrate that allows the elements to pass through at different rates.

The first step is to determine the current abundance of these heavy elements in a given white dwarf. This calls for sophisticated atmospheric models, a specialty of Gilles Fontaine young colleague Patrick Dufour. Second, these levels of abundance (which vary over time) have to be interpreted with the possible accretion rates, the effects of differential diffusion among the different elements, the presence of convection zones, thermohaline convection and other mechanisms that can partially mix external layers and ultimately extend back to the primordial composition. This is a considerable challenge, but Professor Fontaine has already begun addressing it with a major review of calculations of diffusion coefficients that he did in 1986 in co-operation with Georges Michaud at the Université de Montréal. He is counting on the collaboration of expert numerical analyst Pierre Brassard. He hopes to be soon able to effectively simulate accretion-diffusion episodes of planetary debris on white dwarfs.

Biography

Gilles Fontaine se démarque dans le domaine de l'astéroséismologie, science qui s'occupe d'interpréter les variations d'intensité lumineuse de certaines étoiles pulsantes (ou vibrantes) quant à leur structure interne. Avec ses associés, Gilles Fontaine devient au fil des années chef de file en ce qui concerne l'astéroséismologie des naines blanches. Il contribue à la découverte et au décodage de nombreuses étoiles pulsantes. En 1996, les travaux du groupe de Gilles Fontaine lui permettent d'établir les bases en matière d'astéroséismologie des étoiles sous-naines, génitrices d'une fraction des naines blanches, dont les instabilités vibratoires sont insoupçonnées jusqu'alors.

La tête dans les étoiles

Cet homme simple se passionne pour l'astronomie dès l'adolescence. En 1969, il décide de mener des études conduisant à l'obtention d'un doctorat en astrophysique théorique sur les naines blanches à l'Université de Rochester : c'est la piqûre. Il revient au Québec faire des études postdoctorales à l'Université de Montréal au moment même où se forme le groupe d'astronomes observateurs avec la création de l'observatoire du mont Mégantic. Sentant le moment propice, l'astrophysicien délaisse alors quelque temps la théorie et s'initie à la profession d'astronome (University of Western Ontario). « Cette décision a été la meilleure de ma carrière  », de dire Gilles Fontaine.

Le scientifique fait aussi preuve d'un dévouement notoire pour l'enseignement auquel il se consacre depuis 1977 : « Ma plus grande satisfaction aura été de contribuer à la formation d'étudiants et de jeunes chercheurs. » Et ceux-ci le reconnaissent. Gilles Fontaine obtient, au cours des années, trois prix en matière d'enseignement, dont le Prix d'excellence en enseignement (1998-1999), catégorie « Professeurs titulaires » de l'Université de Montréal, pour sa contribution exemplaire.

Grâce à sa réputation, Gilles Fontaine met en place, dès 1981, une équipe de recherche qui, à son tour, attire d'excellents candidats aux études supérieures, dont plusieurs recevront des distinctions nationales pour la qualité de leurs travaux de doctorat. Il se dit chanceux d'avoir pu compter sur les compétences inestimables de son collaborateur principal, François Wesemael, et sur celles de ses jeunes associés, Pierre Bergeron et Pierre Brassard. Fort de l'apport de ces derniers, Gilles Fontaine est considéré comme l'un des auteurs les plus prolifiques de sa discipline. Il compte plus de 200 articles d'envergure à son actif, dont presque la moitié sont publiés dans The Astrophysical Journal, la revue la plus réputée dans le domaine de l'astrophysique. Excellent vulgarisateur, Gilles Fontaine reçoit notamment le Prix de l'auteur 1990 de l'Association canadienne-française pour l'avancement des sciences (ACFAS) pour un article paru dans Interface.

De brillantes découvertes

En 1982, Gilles Fontaine et ses collègues des universités du Texas, de Rochester et du Colorado font état de la « prédiction  » théorique et de la découverte subséquente d'une nouvelle catégorie d'étoiles pulsantes, les naines blanches du type DB, une première dans le domaine de l'astrophysique, où la découverte accidentelle précède presque toujours la théorie. Ces réalisations attirent alors l'attention des médias les plus importants d'Amérique du Nord.

En 1987, le groupe de collaborateurs fait à nouveau les manchettes en proposant une nouvelle méthode pour déterminer l'âge de l'Univers, basée sur la capacité à mesurer celui des naines blanches les plus évoluées par des calculs de refroidissement. Plus récemment, avec l'aide de ses associés, Gilles Fontaine prédit une seconde fois, par le calcul, l'existence d'une autre catégorie d'étoiles pulsantes : les sous-naines instables du type B. De plus, il vient tout juste de révéler l'existence de deux nouvelles étoiles pulsantes de ce type, confirmée lors d'un voyage à l'observatoire Mauna Kea, à Hawaï.

Le réalisme des modélisations du groupe de Gilles Fontaine est éprouvé. Sur la trentaine de familles d'étoiles variables découvertes, toutes l'ont été accidentellement, sauf les deux types d'étoiles « calculées » par ce dernier. Avec ses collègues, il vient de choisir de se consacrer au calcul d'une nouvelle génération de modèles évolutifs des naines blanches dont les résultats seront cruciaux pour la cosmochronologie des galaxies et pour l'interprétation des masses manquantes dans l'univers.

Plusieurs fois durant sa carrière, Gilles Fontaine voit la scène nationale honorer la qualité exceptionnelle de ses travaux. En mai 2000, il reçoit le prix Carlyle S. Beals de la Société canadienne d'astronomie en reconnaissance de sa carrière de recherche innovatrice. Et sa renommée s'étend aussi sur la scène internationale. Dès 1979, le magazine américain Physics Today souligne l'importance des travaux du jeune physicien sur l'équation d'état de la matière dense utilisée dans la construction de modèles numériques d'étoiles évoluées.

La polyvalence de Gilles Fontaine, qui observe et modélise tant l'intérieur des étoiles que l'atmosphère qui les entoure, provoque l'admiration chez ses nombreux collaborateurs à l'échelle mondiale. De l'avis de tous, ses études ont un impact non seulement sur l'étude de l'évolution stellaire et de la matière dense mais aussi sur l'astronomie galactique, voire la cosmologie. Il n'est donc pas étonnant que Gilles Fontaine soit devenu titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique stellaire en décembre 2000, ce qui lui permettra de poursuivre ses recherches pendant encore de nombreuses années.

Awards and recognitions

  • Prix Urgel-Archambault 1989 - Association francophone pour le savoir (Acfas)
  • Prix Marie-Victorin 1999 - Gouvernement du Québec
  • Bourse Steacie 1986 - Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
  • Bourse Killam 1990 - Conseil des arts du Canada
  • Société royale du Canada : Les Académies des arts, des lettres et des sciences du Canada 1992 - Société royale du Canada
  • 2016-06 : Médaille 2016 de l'ACP pour contributions exceptionnelles à la physique, Association canadienne des physiciens et physiciennes (ACP)
  • 2013-01 : Top 10 des découvertes de l'année 2012 , Revue Québec Science
  • 2012-07 à 2013-06 : Président d'honneur, Université de Liège (Belgique)
  • 2008-06 à 2015-05 : Chaire de recherche du Canada en astrophysique stellaire
  • 2000-05 : Prix Carlyle S. Beals, CASCA
  • 1999-05 : Prix d'excellence en enseignement, Université de Montréal
  • 1998-05 : Prix d'excellence en enseignement, Faculté des arts et des sciences
  • 1991-01 : Douze grands chercheurs canadiens, CRSNG
  • 1990-01 : Prix de l'auteur, Acfas
  • 1986-09 à 1988-08 : Boursier de recherche E.W.R. Steacie

Affiliations and responsabilities

University service and activities

Activities within organizations or entities of the institution

Teaching and supervision

Student supervision

Theses and dissertation supervision (Papyrus Institutional Repository)

2018

Étude de l'influence de la composition du cœur des naines blanches sur le calcul des âges

Graduate : Simon, Amélie
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2016

Exploitation du potentiel sismique des étoiles naines blanches

Graduate : Giammichele, Noemi
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2014

Modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux : applications aux étoiles sous-naines chaudes

Graduate : Latour, Marilyn
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2010

Observations de pulsateurs compacts à l'aide de la caméra Mont4K CCD

Graduate : Francoeur, Myriam
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2009

Vers la détermination de la composition du coeur des étoiles naines blanches

Graduate : Trottier, Charles
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2008

Étude des étoiles de la branche horizontale extrême par l'astérosismologie

Graduate : Van Grootel, Valérie
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2006

Asteroseismological studies of long- and short-period variable subdwarf B stars

Graduate : Randall, Suzanna
Cycle : Doctoral
Grade : Ph. D.
2004

Détermination d'une équation d'état moderne du noyau liquide/solide d'une étoile naine blanche

Graduate : Kitsikis, Agis
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.
2004

The effects of crystallization on the pulsations of white dwarf stars

Graduate : Paradis, Dominique
Cycle : Master's
Grade : M. Sc.

Projects

Research projects

2019 - 2025

Asteroseismology, Cosmochronology, Planetology, and Stellar Evolution at the Bottom of the HR Diagram

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2017 - 2024

Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ)

Lead researcher : Pierre Bergeron
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2015 - 2021

CHAIRE DE RECHERCHE DU CANADA EN ASTROPHYSIQUE STELLAIRE

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: SPIIE/Secrétariat des programmes interorganismes à l’intention des établissements
Grant programs: PVX50399-Chaires de recherche du Canada
2014 - 2020

ASTEROSEISMOLOGY, COSMOCHRONOLOGY, PLANETOLOGY, AND STELLAR EVOLUTION AT THE BOTTOM OF THE HR DIAGRAM

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2016 - 2018

Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ)

Lead researcher : Pierre Bergeron
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2014 - 2018

AUTOPSIES D'ANCIENS SYSTEMES PLANETAIRES À PARTIR DES ETOILES NAINES BLANCHES

Lead researcher : Patrick Dufour
Co-researchers : Pierre Bergeron , Gilles Fontaine
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PV113724-(PR) Projets de recherche en équipe (et possibilité d'équipement la première année)
2008 - 2017

CENTRE DE RECHERCHE EN ASTROPHYSIQUE DU QUEBEC

Lead researcher : Pierre Bergeron
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PVXXXXXX-(RS) Programme de regroupements stratégiques
2012 - 2016

INFRASTRUCTURE POUR ASTEROSISMOLOGIE : REHAUSSEMENT DU DETECTEUR ET DE LA GRAPPE D'ORDINATEURS D'ANALYSE

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: FCI/Fondation canadienne pour l'innovation
Grant programs:
2011 - 2015

LES ETOILES NAINES BLANCHES AU CARBONE : UN DEFI DE TAILLE POUR LA THEORIE DE L'EVOLUTION STELLAIRE

Lead researcher : Gilles Fontaine
Co-researchers : Pierre Bergeron
Funding sources: FRQNT/Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FQRNT)
Grant programs: PV113724-(PR) Projets de recherche en équipe (et possibilité d'équipement la première année)
2009 - 2015

ETUDE DES PROPRIETES PHYSIQUES DES ETOILES NAINES BLANCHES ET SOUS-NAINES

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: CRSNG/Conseil de recherches en sciences naturelles et génie du Canada (CRSNG)
Grant programs: PVX20965-(RGP) Programme de subvention à la découverte individuelle ou de groupe
2013 - 2014

ACHAT EQUIPEMENT

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: Université de Montréal
Grant programs:
2008 - 2014

CHAIRE DE RECHERCHE DU CANADA EN ASTROPHYSIQUE STELLAIRE

Lead researcher : Gilles Fontaine
Funding sources: SPIIE/Secrétariat des programmes interorganismes à l’intention des établissements
Grant programs:
2011 - 2013

LES ÉTOILES NAINES BLANCHES AU CARBONE: UN DÉFI DE TAILLE POUR LA THÉORIE DE L'ÉVOLUTION STELLAIRE

Lead researcher : Gilles Fontaine
2009 - 2013

ETUDE DES PROPRIETES PHYSIQUES DES ETOILES NAINES BLANCHES ET SOUS-NAINES

Lead researcher : Gilles Fontaine

Outreach

Highlights

Mise en valeur d’une recherche

1987

Estimation de l'âge de l'univers

Gilles Fontaine donne une estimation de l'âge de l'univers à l'aide d'une méthode sans précédent fondée sur l'étude des naines blanches, dont il est un spécialiste renommé. M. Fontaine s'est illustré dans sa carrière pour ses contributions à une théorie de l'évolution des naines blanches. Expert mondial dans son domaine, l'astéroséismologie, il a développé de nouveaux outils numériques pour interpréter les signaux lumineux venant de certaines étoiles, permettant ainsi non seulement de décrire leur structure interne, mais aussi de procéder à de nombreuses autres conclusions concernant les caractéristiques générales des galaxies et l'âge de l'univers.

Publications and presentations

Disciplines

  • Physics
  • Astronomy and Astrophysics
  • Applied Mathematics

Areas of expertise

  • Fundamental astronomy
  • Pulsations, oscillations, and stellar seismology
  • Extrasolar planetary systems
  • Faint blue stars, White dwarfs, degenerate stars, nuclei of planetary nebulae