Astronomer som använder ESO:s Very Large Telescope har för första gången direkt observerat granuleringsmönster på ytan av en stjärna utanför solsystemet – den åldrande röda jätten π1 Gruis. Denna anmärkningsvärda nya bild från PIONIER-instrumentet avslöjar de konvektiva cellerna som utgör ytan på denna enorma stjärna, som har 700 gånger solens diameter. Varje cell täcker mer än en fjärdedel av stjärnans diameter och mäter cirka 120 miljoner kilometer i diameter.

Beläget 530 ljusår från jorden i stjärnbilden Grus (Tranan), π1 Gruis är en cool röd jätte. Den har ungefär samma massa som vår sol, men är 700 gånger större och flera tusen gånger så ljus. Vår sol kommer att svälla för att bli en liknande röd jättestjärna om cirka fem miljarder år.

Ett internationellt team av astronomer ledda av Claudia Paladini (ESO) använde PIONIER-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope för att observera π1 Gruis mer detaljerat än någonsin tidigare. De fann att ytan på denna röda jätte bara har några få konvektiva celler, eller granulat, som var och en är cirka 120 miljoner kilometer i diameter – ungefär en fjärdedel av stjärnans diameter. Bara ett av dessa granuler skulle sträcka sig från solen till bortom Venus. Ytorna – kända som fotosfärer – på många jättestjärnor är skymd av damm, vilket hindrar observationer. Dock, i fallet med π1 Gruis, även om damm finns långt från stjärnan, det har ingen signifikant effekt på de nya infraröda observationerna.

När π1 Gruis fick slut på väte för att brinna för länge sedan, denna forntida stjärna upphörde med det första steget av sitt kärnfusionsprogram. Den krympte när energin tog slut, vilket gör att den värms upp till över 100 miljoner grader. Dessa extrema temperaturer drev stjärnans nästa fas när den började smälta helium till tyngre atomer som kol och syre. Denna intensivt heta kärna drev sedan ut stjärnans yttre lager, får den att ballongera till hundratals gånger större än sin ursprungliga storlek. Stjärnan vi ser idag är en variabel röd jätte. Tills nu, ytan på en av dessa stjärnor har aldrig tidigare avbildats i detalj.

Som jämförelse, solens fotosfär innehåller cirka två miljoner konvektiva celler, med typiska diametrar på bara 1500 kilometer. De enorma storleksskillnaderna i de konvektiva cellerna hos dessa två stjärnor kan delvis förklaras av deras varierande yttyngdkraft. π1 Gruis är bara 1,5 gånger solens massa men mycket större, vilket resulterar i en mycket lägre yttyngdkraft och bara ett fåtal, extremt stor, granulat.

Medan stjärnor som är mer massiva än åtta solmassor avslutar sina liv i dramatiska supernovaexplosioner, mindre massiva stjärnor som denna driver gradvis ut sina yttre lager, resulterar i vackra planetariska nebulosor. Tidigare studier av π1 Gruis fann ett skal av material 0,9 ljusår från den centrala stjärnan, tros ha kastats ut för cirka 20 000 år sedan. Denna relativt korta period i en stjärnas liv varar bara några tiotusentals år - jämfört med den totala livslängden på flera miljarder - och dessa observationer avslöjar en ny metod för att undersöka denna flyktiga röda jättefas.

Denna forskning presenterades i en artikel "Stora granulationsceller på ytan av jättestjärnan π1 Gruis", av C. Paladini et al., publiceras i tidskriften Natur den 21 december 2017.