Come può una nebulosa alla fine diventare un buco nero?

La gravità è una forza potente: mantiene i pianeti in rotazione nelle loro orbite attorno al sole, ed è stata persino responsabile della formazione dei pianeti, così come del sole, dalle nebulose. Non solo, è la forza che alla fine distrugge le stelle come il sole quando esauriscono l'idrogeno per bruciare. Se una stella è abbastanza grande, il che è determinato quando si forma, la gravità può trasformarla in un buco nero.

Le nebulose sono nuvole di polvere e gas che pervadono l'universo. La materia all'interno di una data nebulosa è distribuita in modo non uniforme e la temperatura è bassa, appena sopra lo zero assoluto. A queste temperature, le molecole di gas si legano insieme per formare grumi e un gruppo che cresce in una regione densa di una nebulosa - chiamata nube molecolare - può iniziare ad attirare la materia verso di sé. Man mano che il gruppo cresce, la temperatura al suo interno aumenta perché l'attrazione gravitazionale aumenta la densità e density energia cinetica delle particelle, che si scontrano tra loro sempre più frequentemente e con sempre più energia.

Ci vogliono circa 10 milioni di anni perché una stella si formi da un ammasso di polvere intergalattica. Quando la temperatura del nucleo aumenta, diventa una protostella e irradia luce infrarossa, ma quando il nucleo diventa più denso e opaco, questa energia viene intrappolata, il che accelera il riscaldamento. Quando la temperatura interna raggiunge i 10 milioni di Kelvin (18 milioni di gradi Fahrenheit), inizia la fusione dell'idrogeno e la pressione verso l'esterno di quella reazione bilancia la forza di compressione della gravità. La stella entra nella sua sequenza principale, che può durare da 100 milioni a oltre un trilione di anni, a seconda della massa della stella. Durante la sua sequenza principale, la stella mantiene un raggio e una temperatura fissi.

Le stelle molto grandi, che sono quelle con masse 25 volte o più di quella del sole, possono diventare buchi neri. A causa della tremenda pressione generata al centro di una stella massiccia, brucia più caldo e più velocemente di una stella più piccola. Tali stelle, quando sono nella loro sequenza principale, bruciano con una luce bluastra e possono avere temperature superficiali di 20.000 Kelvin (35.450 gradi Fahrenheit). In confronto, la temperatura superficiale del sole è solo di circa 6.000 Kelvin (10.340 gradi Fahrenheit). Poiché brucia così caldo, una stella massiccia può esaurire l'idrogeno in una frazione del tempo necessario per bruciare una stella delle dimensioni del sole.

Quando una gigante blu esaurisce l'idrogeno, il suo nucleo inizia a collassare, generando una pressione sufficiente per avviare la fusione dell'elio. Altre reazioni di fusione si verificano mentre il nucleo continua a collassare e, a un certo punto, la stella esaurisce il materiale fusibile. In un punto critico, il nucleo implode in quella che viene chiamata supernova, che fa esplodere il guscio esterno della stella nello spazio. Se la materia rimasta dopo la supernova ha una massa di tre volte o più quella del sole, niente può impedire alla gravità di collassare in un punto con massa infinita. Questo punto è un buco nero.