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