سیاه­چاله­ها در انتهای عمر ستارگان ایجاد می­شوند؛ اما همه ستارگان به سیاه­چاله تبدیل نمی­شوند، بلکه فقط ستارگانی که جرم آن­ها بالای ۸ برابر خورشید باشد قابل تبدیل شدن به سیاه­چاله هستند. در ادامه مراحل زندگی این نوع از ستارگان بررسی‌شده است.

تولد

وقتی اتم­های عناصر سبکی مانند هیدروژن یا هلیوم در فضا در کنار هم تشکیل یک توده[۱] می­دهند، تحت نیروی گرانش خود به یکدیگر فشرده می­شوند. اگر این فشار درونی به اندازه­ای افزایش یابد تا دمای مرکز آن به ۱۰۰۰۰ کلوین برسد، واکنش جوش هسته­ای در مرکز توده شروع خواهد شد. در فرآیند جوش هسته­ای، هسته عناصر سبک با یکدیگر ترکیب‌شده و عناصر سنگین­تری می­سازند. این آغاز زندگی یک ستاره است.

فرآیند جوش هسته­ای انرژی بسیاری را آزاد می­کند. منشأ انرژی تابشی ستارگان، فرایند جوش هسته­ای است. همچنین بخشی از این انرژی آزادشده صرف ایجاد یک فشار بیرون رونده می­­شود که مانع از فروریختن ستاره تحت جاذبه خودش خواهد شد. تا زمانی که فشار درونی ناشی از جاذبه ذرات ستاره با این فشار بیرون رونده در تعادل باشد، ستاره در حالت پایدار خواهد بود.

تولد یک ستاره

تکامل

با ادامه فرایند جوش هسته­ای به تدریج عناصر سبک موجود در ستاره به عناصر سنگین­تر تبدیل می­شوند. در مرکز ستاره این تغییر ماهیت با سرعت بیش­تری رخ می­دهد، زیرا هر چه دما بالاتر باشد جوش هسته­ای سریع­تر اتفاق می­افتد.

پس از آن که هیدروژن موجود در هسته تبدیل به هلیوم شد، اتم­های هلیوم فرایند جوش هسته­ای را آغاز می­کنند. جوش هسته­ای هلیوم در شرایطی رخ می­دهد که دما به اندازه کافی بالا باشد. هر چه جرم ستاره بیشتر باشد دمای مرکز آن بالاتر خواهد بود؛ بنابراین در همه ستارگان جوش هسته­ای اتم هلیوم رخ نمی­دهد بلکه در ستارگان به اندازه کافی سنگین چنین فرایندی صورت می­گیرد.

عناصر زیر به ترتیب در درونی­ترین لایه ستاره (با وزن حداقل ۸ برابر خورشید) ایجاد می­شوند:

هنگامی که هسته هلیوم با هسته نئون برخورد می­کند، هسته منیزیم ایجادشده و یک نوترون آزاد می­شود. امکان دارد نوترون­های آزادشده توسط این فرآیند با آهن ترکیب‌شده و عنصر مس را تشکیل دهند. سرعت پخش شدن نوترون­ها بسیار کُند است بنابراین فرآیند تبدیل آهن به مس در ستارگان از نوع s-process[2] محسوب می­شود.

مرگ

هنگامی که در ستاره هسته آهنی تشکیل می­شود، فرآیند جوش هسته­ای به تدریج کاهش می­یابد؛ زیرا فرایند تبدیل آهن به مس فرایندی بسیار کند است. با کاهش فرایند جوش هسته­ای، به تدریج فشار به سمت درون ستاره که ناشی از جاذبه است، بر فشار بیرون رونده غلبه می­کند.

در ستاره­های سبک، مثل خورشید، پس از این که سوخت اتمی تمام می­شود، یعنی هسته آهنی به قدری بزرگ می­شود که تقریباً جوش هسته­ای متوقف شود، فشار بر هسته به طرز فوق‌العاده‌ای زیاد می­شود و در نتیجه این فشار پدیده­ای با نام فروپاشی گرانشی رخ می­دهد. فروپاشی گرانشی زمانی رخ می­دهد که فشار درونی ماده نمی­تواند بر نیروی جاذبه بین اجزای خود غلبه کند. در نتیجه فروپاشی گرانشی ابعاد ستاره به سمت ۰ همگرا می­شود و در نتیجه چگالی آن به سمت بی­نهایت میل می­کند.

این آغاز تولد یک سیاه­چاله است. نیروی گرانشی سیاه­چاله در نزدیکی آن به قدری زیاد است که هیچ شیء مادی حتی نور نمی­تواند از جذبه آن فرار کند.

مراحل زندگی ستارگان

[۱] به این توده­ها، سحابی گویند. ابعاد سحابی باید در حد سال نوری باشد تا ستارگان از آن ایجاد شوند.

[۲] فرایند کُند