O que é um Colapsar?

Origem e definição científica do colapsar

Etimologia e nascimento do conceito

O termo "colapsar" combina as palavras "collapse" (colapso) e "quasar". Foi proposto na década de 1990 para descrever as estrelas massivas cujo colapso gravitacional gera um buraco negro, provocando jatos relativistas e emissões gama.

Uma classe de objetos ligada aos surtos de raios gama longos

Os colapsares estão particularmente associados aos surtos de raios gama de longa duração (mais de dois segundos), resultantes do colapso de estrelas massivas e da formação rápida de buracos negros.

Mecanismo de colapso gravitacional

Uma estrela massiva em fim de vida

Um colapsar é um fenómeno astrofísico resultante do colapso gravitacional de uma estrela massiva, geralmente com uma massa superior a 20 vezes a do Sol. Este processo conduz à formação de um buraco negro e pode estar na origem dos surtos de raios gama, entre os eventos mais energéticos observados no universo.

Do núcleo de ferro ao limite de Chandrasekhar

No fim da sua vida, uma estrela massiva esgota o seu combustível nuclear, resultando na produção de um núcleo de ferro. Ao contrário dos elementos mais leves, a fusão do ferro não liberta energia. O núcleo deixa portanto de produzir a pressão necessária para contrariar a atração gravitacional. Quando a massa do núcleo ultrapassa o limite de Chandrasekhar (~1,4 vezes a massa solar), colapsa sob o seu próprio peso. Se a massa do núcleo residual ultrapassar cerca de 3 massas solares, a estrela torna-se um colapsar, formando um buraco negro.

Formação de buracos negros e dinâmica do disco de acreção

Nascimento do disco de acreção

Quando um colapsar se forma, o núcleo estelar em colapso continua a acumular matéria, formando um disco de acreção em torno do buraco negro em formação. O disco, aquecido pelas forças gravitacionais extremas e pelos atritos internos, liberta enormes quantidades de energia.

Ejeção de jatos relativistas

A matéria no disco é acelerada a velocidades relativistas, e uma parte é ejetada sob a forma de jatos potentes, frequentemente alinhados com os polos magnéticos da estrela.

Surtos de raios gama associados

Um fenómeno energético extremo

Os surtos de raios gama (GRB) associados aos colapsares são explosões luminosas de radiação gama. São gerados quando os jatos de matéria relativistas penetram as camadas externas da estrela e escapam para o espaço. A energia libertada por um surto de raios gama é colossal, da ordem de $10^{44}$ joules, em apenas alguns segundos.

Um laboratório para a física extrema

Estes eventos permitem estudar fenómenos extremos como a relatividade geral, a física dos plasmas e a evolução das estrelas massivas.

Em resumo

Um fenómeno-chave da astrofísica moderna

Os colapsos numa galáxia são numerosos, pelo que o cenário do colapso é conhecido. Os colapsares, pelo seu vínculo com a formação de buracos negros e os surtos de raios gama, são fenómenos astrofísicos-chave para compreender a evolução das estrelas massivas e os mecanismos extremos do universo. A observação dos surtos de raios gama e dos colapsares permite explorar energias e gravidades tão extremas que empurram os limites da física atual.