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La gravità governa il cosmo. Mantiene i pianeti in orbita, determina la nascita di stelle e galassie da vaste nubi di gas e, infine, governa la morte delle stelle massicce. Quando la massa di una stella è sufficiente, stabilita durante la sua formazione, la sua stessa gravità può farla collassare in un buco nero.
Le nebulose, vaste nubi interstellari di gas e polvere, pervadono l'universo. Al loro interno, le variazioni di densità consentono al gas freddo (appena sopra lo zero assoluto) di fondersi in grumi. Quando si forma un ammasso all’interno di una regione densa conosciuta come nuvola molecolare, attrae il materiale circostante. Man mano che la massa si accumula, la compressione gravitazionale aumenta la temperatura interna:le particelle si scontrano più spesso e con maggiore energia cinetica, ponendo le basi per la formazione stellare.
La formazione stellare richiede circa 10 milioni di anni da un ammasso interstellare. Mentre il nucleo si riscalda, la nascente protostella emette radiazioni infrarosse. Quando diventa abbastanza denso da intrappolare la radiazione, la temperatura interna aumenta fino a raggiungere circa 10 milioni di K (≈18 milioni di °F). A questo punto si accende la fusione dell’idrogeno, producendo una pressione verso l’esterno che bilancia la gravità. La stella si insedia nella sequenza principale, una fase stabile che dura da centinaia di milioni a oltre un trilione di anni, durante la quale il suo raggio e la temperatura superficiale rimangono sostanzialmente costanti.
Le stelle con massa pari o superiore a 25 volte quella solare sono classificate come giganti blu. La loro enorme pressione centrale guida la fusione a temperature molto più elevate, conferendo loro una luminosità bluastra e temperature superficiali intorno ai 20.000 K (≈35.450 °F), rispetto ai 6.000 K del Sole (≈10.340 °F). I tassi di fusione accelerati fanno sì che queste stelle esauriscano la loro riserva di idrogeno in una piccola frazione della vita della sequenza principale del Sole.
Una volta che una gigante blu esaurisce il suo idrogeno, il nucleo si contrae e innesca la fusione dell’elio. Man mano che gli elementi più pesanti si fondono, il nucleo diventa sempre più denso. Quando il combustibile nucleare si esaurisce, la gravità supera tutta la pressione interna, innescando una supernova con collasso del nucleo che espelle gli strati esterni. Se la massa rimanente supera circa tre masse solari, nessuna forza conosciuta può contrastare la gravità e il nucleo collassa in una singolarità:un buco nero.
