Dernière mise à jour : 5 octobre 2024

Qu'est-ce qu'un Collapsar ?

Illustration d'un collapsar — La supernova de Tycho (SN 1572) est une nova apparue dans la constellation de Cassiopée en 1572. Elle a été visible à l'œil nu et observée par Tycho Brahe le 11 novembre 1572, alors plus brillante que Vénus. Tycho Brahe remarqua que la position de l'objet ne bougeait pas par rapport aux étoiles fixes, comme les planètes. Il en déduit que ce n'était pas une planète, mais une étoile fixe. Dès le mois de mars 1574, elle disparut en dessous du seuil de visibilité. Crédit Image domaine publique : image composite de SN 1572 vue par Chandra X-ray. Chandra X-Ray Observatory, Spitzer Space Telescope, and Calar Alto Observatory.

Origine et définition scientifique du collapsar

Le terme « collapsar » combine les mots « collapse » (effondrement) et « quasar ». Il a été proposé dans les années 1990 pour décrire les étoiles massives dont l'effondrement gravitationnel génère un trou noir, provoquant des jets relativistes et des émissions gamma. Les collapsars sont particulièrement associés aux sursauts gamma de longue durée (plus de deux secondes), résultant de l'effondrement d'étoiles massives et de la formation rapide de trous noirs.

Mécanisme d'effondrement gravitationnel

Un collapsar est un phénomène astrophysique résultant de l'effondrement gravitationnel d'une étoile massive, généralement avec une masse supérieure à 20 fois celle du Soleil. Ce processus conduit à la formation d'un trou noir et peut être à l'origine des sursauts gamma, parmi les événements les plus énergétiques observés dans l'univers.

À la fin de sa vie, une étoile massive épuise son combustible nucléaire, aboutissant à la production d'un noyau de fer. Contrairement aux éléments plus légers, la fusion du fer n'émet pas d'énergie. Le noyau cesse donc de produire la pression nécessaire pour contrer l'attraction gravitationnelle. Lorsque la masse du noyau dépasse la limite de Chandrasekhar (~1,4 fois la masse solaire), il s'effondre sous son propre poids. Si la masse du noyau résiduel dépasse environ 3 masses solaires, l'étoile devient un collapsar, formant un trou noir.

Formation des trous noirs et dynamique du disque d'accrétion

Lorsqu'un collapsar se forme, le noyau stellaire en effondrement continue d'accumuler de la matière, formant un disque d'accrétion autour du trou noir en formation. Le disque, chauffé par les forces gravitationnelles extrêmes et les frictions internes, libère d'énormes quantités d'énergie. La matière dans le disque est accélérée à des vitesses relativistes, et une partie est éjectée sous forme de jets puissants, souvent alignés avec les pôles magnétiques de l'étoile.

Sursauts gamma associés

Les sursauts gamma (Gamma-Ray Bursts ou GRB) associés aux collapsars sont des explosions lumineuses de rayonnement gamma. Ils sont générés lorsque les jets de matière relativiste pénètrent les couches extérieures de l'étoile et s'échappent dans l'espace. L'énergie libérée par un sursaut gamma est colossale, de l'ordre de $10^{44}$ joules, en seulement quelques secondes. Ces événements permettent d'étudier des phénomènes extrêmes comme la relativité générale, la physique des plasmas et l'évolution des étoiles massives.

En résumé

Les collapses dans une galaxie sont nombreux si bien que le scénario de l'effondrement est connu. Les collapsars, par leur lien avec la formation des trous noirs et les sursauts gamma, sont des phénomènes astrophysiques clés pour comprendre l'évolution des étoiles massives et les mécanismes extrêmes de l'univers. L'observation des sursauts gamma et des collapsars permet d'explorer des énergies et des gravités si extrêmes qu'elles repoussent les limites de la physique actuelle.