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Les images de l'étoile R Doradus ont été obtenues avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un télescope appartenant à l'Observatoire européen austral (ESO), en juillet et août 2023. Elles montrent des bulles de gaz géantes et chaudes, 75 fois plus grandes que le Soleil, apparaissant à la surface et s'enfonçant à l'intérieur de l'étoile plus rapidement que ce à quoi l'on s'attendait.
"C'est la première fois que la surface bouillonnante d'une étoile réelle peut être montrée de cette manière" (1), déclare Wouter Vlemmings, professeur à l'université technologique de Chalmers, en Suède, et auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Nature. "Nous ne nous attendions pas à ce que les données soient d'une qualité telle que nous puissions voir autant de détails de la convection à la surface de l'étoile".
Les étoiles produisent de l'énergie en leur coeur grâce à la fusion nucléaire. Cette énergie peut être transportée vers la surface de l'étoile sous la forme d'énormes bulles de gaz chaudes, qui se refroidissent ensuite et coulent - comme une lampe à lave. Ce mouvement de mélange, appelé convection, distribue les éléments lourds formés dans le coeur, tels que le carbone et l'azote, dans l'ensemble de l'étoile. On pense également qu'il est à l'origine des vents stellaires qui transportent ces éléments dans le cosmos pour construire de nouvelles étoiles et planètes.
Jusqu'à présent, les mouvements de convection n'avaient jamais été observés en détail dans des étoiles autres que le Soleil. En utilisant ALMA, l'équipe a pu obtenir des images de haute résolution de la surface de R Doradus sur une période d'un mois.
R Doradus est une étoile géante rouge, dont le diamètre est environ 350 fois supérieur à celui du Soleil, située à environ 180 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Dorade. Sa grande taille et sa proximité avec la Terre en font une cible idéale pour des observations détaillées. En outre, sa masse est similaire à celle du Soleil, ce qui signifie que R Doradus est probablement assez proche de l'aspect qu'aura notre Soleil dans cinq milliards d'années, une fois qu'il sera devenu une géante rouge.
"La convection est à l'origine de la magnifique structure granulaire observée à la surface de notre Soleil, mais il est difficile de l'observer sur d'autres étoiles", ajoute Theo Khouri, chercheur à Chalmers et co-auteur de l'étude. "Grâce à ALMA, nous avons pu non seulement observer directement les granules convectifs - d'une taille 75 fois supérieure à celle de notre Soleil ! - mais aussi de mesurer pour la première fois la vitesse à laquelle ils se déplacent".
Les granules de R Doradus semblent se déplacer selon un cycle d'un mois, ce qui est plus rapide que ce à quoi les scientifiques s'attendaient en se basant sur le fonctionnement de la convection dans le Soleil. "Nous ne savons pas encore ce qui explique cette différence. Il semble que la convection change au fur et à mesure que l'étoile vieillit, d'une manière que nous ne comprenons pas encore", explique Wouter Vlemmings. Des observations comme celles de R Doradus nous aident à comprendre le comportement des étoiles comme le Soleil, même lorsqu'elles deviennent aussi froides, grosses et bouillonnantes que R Doradus.
"Il est spectaculaire que nous puissions désormais obtenir une image directe des détails de la surface d'étoiles si lointaines et observer des phénomènes physiques qui, jusqu'à présent, ne pouvaient être observés que dans notre soleil", conclut Behzad Bojnodi Arbab, doctorant à Chalmers qui a également participé à l'étude.
Notes
(1) Des bulles de convection ont déjà été observées en détail à la surface des étoiles, notamment avec l'instrument PIONIER du Very Large Telescope Interferometer de l'ESO. Mais les nouvelles observations d'ALMA permettent de suivre le mouvement des bulles d'une manière qui n'était pas possible auparavant.