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Voici l’image la plus précise à ce jour d’une géante rouge...

Cette image est loin d'être aussi précise que les représentations artistiques qui accompagnent habituellement les articles scientifiques consacrés aux étoiles, mais elle a le mérite d'être réelle et de montrer pour la toute première fois des motifs granulaires à la surface d'une étoile située à l'extérieur du système solaire.

Un texte d'Alain Labelle

La vieille géante rouge appelée π1 Gruis est distante de quelque 530 années-lumière de la Terre. Son image a été obtenue grâce au très grand télescope de l'Observatoire européen austral, situé au Chili. L’équipe internationale qui l'a obtenue est pilotée par l’astronome Claudia Paladini associée à l’Université libre de Bruxelles, en Belgique.

L'image révèle la présence de cellules convectives – ou granules – à la surface de cette étoile dont le diamètre est presque 350 fois plus grand que celui du Soleil. Chaque cellule couvre plus du quart du diamètre de l’étoile et s’étend sur quelque 120 millions de kilomètres. Un seul de ces granules pourrait couvrir la surface comprise entre le Soleil et l’orbite de la planète Vénus.

Ces nouvelles observations sont l’objet d’un article publié dans la revue Nature.

π1 Gruis est située dans la constellation de la Grue. C'est une géante rouge de température peu élevée. Si sa masse est équivalente à celle de notre Soleil, sa brillance est des milliers de fois supérieure. Elle a cependant beaucoup moins de cellules convectives que notre étoile.

Un rare cas

Les surfaces de nombreuses géantes rouges sont obscurcies par la poussière, ce qui brouille les observations. Or, dans le cas de π1 Gruis, la présence de poussière dans l’environnement stellaire n’a pas d’effet significatif sur les nouvelles observations obtenues dans l’infrarouge.

La fusion nucléaire en question

Lorsque l’hydrogène a commencé à manquer au cœur de π1 Gruis, le premier stade de fusion nucléaire a pris fin. Le volume de l’étoile a diminué à mesure qu’elle a perdu de l’énergie, et sa température interne a augmenté progressivement jusqu’à dépasser les 100 millions de degrés. Puis s'est enclenché la seconde étape de fusion nucléaire, qui transforme l’hélium en atomes plus lourds de carbone et d’oxygène. Ensuite, le noyau intensément chaud a expulsé les enveloppes externes de l’étoile, ce qui s'est traduit par l’augmentation de sa taille de plusieurs centaines de fois.

Comparaison avec le Soleil

La photosphère du Soleil se compose de quelque 2 millions de cellules convectives dont les diamètres avoisinent les 1500 kilomètres. L’énorme différence de taille des cellules convectives couvrant les surfaces de l’une et l’autre étoile s’explique en partie par la variabilité de leurs gravités de surface.

La masse de π1 Gruis équivaut à 1,5 masse solaire, mais ses dimensions sont largement supérieures, ce qui se traduit par une gravité de surface nettement moindre et la présence d’un nombre plus faible de granules de grande dimension.

Les étoiles de masse supérieure à huit masses solaires achèvent leur existence en explosant sous forme de supernova. À l’inverse, les étoiles moins massives telles que π1 Gruis expulsent progressivement leur enveloppe externe, donnant lieu à la formation de splendides nébuleuses planétaires.

Les études antérieures de π1 Gruis ont mis en évidence l’existence d’une enveloppe de matière située à 0,9 année-lumière de l’étoile centrale, dont l’éjection remonterait à 20 000 ans.

Cette période est relativement courte par rapport à la vie d’une étoile (qui dépasse plusieurs milliards d’années). Ces observations offrent ainsi une nouvelle méthode de détection de cette courte phase de la vie des géantes rouges.