¿Qué es un Colapsar?

Origen y definición científica del colapsar

Etimología y nacimiento del concepto

El término "colapsar" combina las palabras "collapse" (colapso) y "quasar" (cuásar). Fue propuesto en la década de 1990 para describir las estrellas masivas cuyo colapso gravitacional genera un agujero negro, provocando chorros relativistas y emisiones gamma.

Una clase de objetos ligada a los estallidos de rayos gamma largos

Los colapsares están particularmente asociados con los estallidos de rayos gamma de larga duración (más de dos segundos), resultantes del colapso de estrellas masivas y de la formación rápida de agujeros negros.

Mecanismo de colapso gravitacional

Una estrella masiva al final de su vida

Un colapsar es un fenómeno astrofísico resultante del colapso gravitacional de una estrella masiva, generalmente con una masa superior a 20 veces la del Sol. Este proceso conduce a la formación de un agujero negro y puede estar en el origen de los estallidos de rayos gamma, entre los eventos más energéticos observados en el universo.

Del núcleo de hierro al límite de Chandrasekhar

Al final de su vida, una estrella masiva agota su combustible nuclear, lo que da lugar a la producción de un núcleo de hierro. A diferencia de los elementos más ligeros, la fusión del hierro no libera energía. El núcleo deja por tanto de producir la presión necesaria para contrarrestar la atracción gravitacional. Cuando la masa del núcleo supera el límite de Chandrasekhar (~1,4 veces la masa solar), colapsa bajo su propio peso. Si la masa del núcleo residual supera aproximadamente 3 masas solares, la estrella se convierte en un colapsar, formando un agujero negro.

Formación de agujeros negros y dinámica del disco de acreción

Nacimiento del disco de acreción

Cuando se forma un colapsar, el núcleo estelar en colapso continúa acumulando materia, formando un disco de acreción alrededor del agujero negro en formación. El disco, calentado por las fuerzas gravitacionales extremas y las fricciones internas, libera enormes cantidades de energía.

Eyección de chorros relativistas

La materia en el disco es acelerada a velocidades relativistas, y una parte es expulsada en forma de chorros potentes, a menudo alineados con los polos magnéticos de la estrella.

Estallidos de rayos gamma asociados

Un fenómeno energético extremo

Los estallidos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) asociados a los colapsares son explosiones luminosas de radiación gamma. Se generan cuando los chorros de materia relativistas penetran las capas externas de la estrella y escapan al espacio. La energía liberada por un estallido de rayos gamma es colosal, del orden de $10^{44}$ julios, en apenas unos segundos.

Un laboratorio para la física extrema

Estos eventos permiten estudiar fenómenos extremos como la relatividad general, la física de los plasmas y la evolución de las estrellas masivas.

En resumen

Un fenómeno clave de la astrofísica moderna

Los colapsos en una galaxia son numerosos, por lo que el escenario del colapso es conocido. Los colapsares, por su vínculo con la formación de agujeros negros y los estallidos de rayos gamma, son fenómenos astrofísicos clave para comprender la evolución de las estrellas masivas y los mecanismos extremos del universo. La observación de los estallidos de rayos gamma y de los colapsares permite explorar energías y gravedades tan extremas que empujan los límites de la física actual.