Des astronomes utilisant le Very Large Telescope de l'ESO ont pour la première fois observé directement des motifs de granulation à la surface d'une étoile en dehors du système solaire, la géante rouge vieillissante π1 Gruis. Cette nouvelle image remarquable de l'instrument PIONIER révèle les cellules convectives qui composent la surface de cette énorme étoile, qui a 700 fois le diamètre du soleil. Chaque cellule couvre plus d'un quart du diamètre de l'étoile et mesure environ 120 millions de kilomètres de diamètre.

Situé à 530 années-lumière de la Terre dans la constellation de Grus (La Grue), π1 Gruis est une géante rouge cool. Il a à peu près la même masse que notre Soleil, mais est 700 fois plus grand et plusieurs milliers de fois plus brillant. Notre Soleil gonflera pour devenir une étoile géante rouge similaire dans environ cinq milliards d'années.

Une équipe internationale d'astronomes dirigée par Claudia Paladini (ESO) a utilisé l'instrument PIONIER du Very Large Telescope de l'ESO pour observer π1 Gruis plus en détail que jamais. Ils ont découvert que la surface de cette géante rouge n'a que quelques cellules convectives, ou granulés, qui font chacun environ 120 millions de kilomètres de diamètre, soit environ un quart du diamètre de l'étoile. Un seul de ces granules s'étendrait du Soleil au-delà de Vénus. Les surfaces, appelées photosphères, de nombreuses étoiles géantes sont obscurcies par la poussière, ce qui gêne les observations. Cependant, dans le cas de 1 Gruis, bien que la poussière soit présente loin de l'étoile, il n'a pas d'effet significatif sur les nouvelles observations infrarouges.

Lorsque π1 Gruis a manqué d'hydrogène pour brûler il y a longtemps, cette ancienne étoile a cessé la première étape de son programme de fusion nucléaire. Il a rétréci à mesure qu'il manquait d'énergie, l'amenant à chauffer jusqu'à plus de 100 millions de degrés. Ces températures extrêmes ont alimenté la phase suivante de l'étoile alors qu'elle commençait à fusionner l'hélium en atomes plus lourds tels que le carbone et l'oxygène. Ce noyau intensément chaud a ensuite expulsé les couches externes de l'étoile, l'amenant à gonfler des centaines de fois plus que sa taille d'origine. L'étoile que nous voyons aujourd'hui est une géante rouge variable. Jusqu'à maintenant, la surface de l'une de ces étoiles n'a jamais été imagée en détail auparavant.

Par comparaison, la photosphère du Soleil contient environ deux millions de cellules convectives, avec des diamètres typiques de seulement 1500 kilomètres. Les grandes différences de taille dans les cellules convectives de ces deux étoiles peuvent s'expliquer en partie par leurs gravités de surface variables. π1 Gruis n'a que 1,5 fois la masse du Soleil mais beaucoup plus, résultant en une gravité de surface beaucoup plus faible et seulement quelques-uns, extrêmement large, granulés.

Alors que les étoiles plus massives que huit masses solaires finissent leur vie dans des explosions spectaculaires de supernovae, des étoiles moins massives comme celle-ci expulsent progressivement leurs couches externes, résultant en de belles nébuleuses planétaires. Des études antérieures de π1 Gruis ont trouvé une coquille de matériau à 0,9 années-lumière de l'étoile centrale, aurait été éjecté il y a environ 20 000 ans. Cette période relativement courte de la vie d'une étoile ne dure que quelques dizaines de milliers d'années - par rapport à la durée de vie globale de plusieurs milliards - et ces observations révèlent une nouvelle méthode pour sonder cette phase éphémère de géante rouge.

Cette recherche a été présentée dans un article "Grandes cellules de granulation à la surface de l'étoile géante 1 Gruis", par C. Paladini et al., publié dans la revue La nature le 21 décembre 2017.