Última atualização em 5 de outubro de 2024

O que é um Colapsar?

Ilustração de um colapsar — A supernova de Tycho (SN 1572) foi uma nova que apareceu na constelação de Cassiopeia em 1572. Foi visível a olho nu e observada por Tycho Brahe em 11 de novembro de 1572, quando era mais brilhante que Vênus. Tycho Brahe notou que a posição do objeto não se movia em relação às estrelas fixas, como os planetas. Ele concluiu que não era um planeta, mas uma estrela fixa. Em março de 1574, desapareceu abaixo do limite de visibilidade. Crédito da imagem domínio público: imagem composta de SN 1572 vista pelo Chandra X-ray. Chandra X-Ray Observatory, Spitzer Space Telescope e Calar Alto Observatory.

Origem e Definição Científica do Colapsar

O termo "colapsar" combina as palavras "colapso" e "quasar". Foi proposto na década de 1990 para descrever estrelas massivas cujo colapso gravitacional gera um buraco negro, provocando jatos relativísticos e emissões gama. Os colapsars estão particularmente associados às explosões gama de longa duração (mais de dois segundos), resultantes do colapso de estrelas massivas e da rápida formação de buracos negros.

Mecanismo de Colapso Gravitacional

Um colapsar é um fenômeno astrofísico resultante do colapso gravitacional de uma estrela massiva, geralmente com uma massa superior a 20 vezes a do Sol. Esse processo leva à formação de um buraco negro e pode ser a origem de explosões gama, entre os eventos mais energéticos observados no universo.

No final de sua vida, uma estrela massiva esgota seu combustível nuclear, resultando na produção de um núcleo de ferro. Ao contrário dos elementos mais leves, a fusão do ferro não emite energia. Assim, o núcleo deixa de produzir a pressão necessária para contrabalançar a atração gravitacional. Quando a massa do núcleo excede o limite de Chandrasekhar (~1,4 vezes a massa solar), ele colapsa sob seu próprio peso. Se a massa do núcleo residual exceder aproximadamente 3 massas solares, a estrela se torna um colapsar, formando um buraco negro.

Formação de Buracos Negros e Dinâmica do Disco de Acreção

Quando um colapsar se forma, o núcleo estelar em colapso continua acumulando matéria, formando um disco de acreção ao redor do buraco negro em formação. O disco, aquecido por forças gravitacionais extremas e fricções internas, libera enormes quantidades de energia. A matéria no disco é acelerada a velocidades relativísticas, e parte dela é expulsa na forma de potentes jatos, muitas vezes alinhados com os polos magnéticos da estrela.

Explosões Gama Associadas

As explosões gama (Gamma-Ray Bursts ou GRB) associadas aos colapsars são explosões brilhantes de radiação gama. Elas são geradas quando os jatos de matéria relativística penetram nas camadas externas da estrela e escapam para o espaço. A energia liberada por uma explosão gama é colossal, da ordem de $10^{44}$ joules, em apenas alguns segundos. Esses eventos permitem estudar fenômenos extremos, como a relatividade geral, a física dos plasmas e a evolução de estrelas massivas.

Em Resumo

Os colapsos em uma galáxia são tão numerosos que o cenário do colapso é conhecido. Os colapsars, por meio de seu vínculo com a formação de buracos negros e explosões gama, são fenômenos astrofísicos-chave para entender a evolução das estrelas massivas e os mecanismos extremos do universo. A observação de explosões gama e colapsars permite explorar energias e gravidades tão extremas que superam os limites da física atual.