Come il Sole tutte le stelle nascono da una nebulosa, una grande nube di idrogeno e polveri che, a causa della forza di gravità, tende ad addensarsi verso il centro, formando una massa sempre più grande, la protostella. Con tale contrazione la materia si riscalda e quando la temperatura raggiunge 10-15 milioni di gradi, iniziano le reazioni di fusione nucleare: la stella inizia la sua vita. Da questo momento la stella si evolve in tempi lunghissimi grazie all’azione di due fenomeni contrastanti: l’energia prodotta dalle reazioni nucleari, che provoca il riscaldamento e l’espansione della stella e la forza di gravità che ne provoca la contrazione e il raffreddamento. Le fasi e la durata dell’evoluzione di una stella, ma anche la sua fine, dipendono invece dalla sua massa iniziale, che può essere simile a quella del Sole, più grande o molto più grande.
1. Se la massa è piccola, come quella del Sole, la combustione nucleare, che trasforma l’idrogeno in elio, è lenta. La vita di questa stella sarà dunque molto lunga (circa 10 miliardi di anni). Quando tutto l’idrogeno si sarà trasformato in elio, si svilupperà un nuovo tipo di fusione: l’elio si trasformerà in ossigeno e carbonio. In seguito a queste nuove reazioni nucleari, il calore aumenterà enormemente e ci sarà una veloce espansione degli strati più esterni: la stella si “gonfierà” diventando più grande e più luminosa; a causa dell’espansione, gli strati più esterni si raffredderanno e la temperatura comincerà a diminuire. A questo punto la stella emetterà una radiazione di colore rosso: sarà diventata una gigante rossa. Consumando tutto il combustibile, la forza di gravità prenderà il sopravvento: la stella diventerà una nana bianca, densa e piccola, destinata a raffreddarsi sempre di più e a spegnersi dopo milioni di anni. Quando la stella non emetterà più alcuna radiazione, si ridurrà a un puntino nero nello spazio: sarà una nana nera.
2. Se la massa iniziale è grande, le reazioni nucleari avvengono più velocemente e la vita della stella sarà più breve; essa continuerà a espandersi diventando una supergigante rossa. Dopo tale fase una nuova contrazione innesca reazioni nucleari che portano alla formazione di atomi di elementi pesanti come il sodio, il silicio o il ferro. Esaurito il combustibile, la stella, non più equilibrata dall’energia termica, si contrarrà su se stessa in breve tempo (collasso gravitazionale) e la sua temperatura aumenterà di miliardi di gradi nel giro di pochi secondi. Si avrà allora una violenta esplosione che porterà alla formazione di atomi di elementi più pesanti del ferro, fino all’uranio. La stella diventerà così una nova o una supernova, uno degli oggetti più luminosi che si possano osservare nel cielo. L’esplosione di una supernova si esaurisce nell’arco di qualche mese. Le parti più esterne della stella si disperderanno nello spazio mentre quelle più interne cominceranno a contrarsi velocemente. A questo punto, la materia che forma la stella sarà talmente compressa da perdere le sue normali caratteristiche: gli atomi possono scindersi e gli elettroni precipitare sui protoni, trasformandosi in neutroni. Si avrà una stella di neutroni o pulsar, piccola e molto densa. Le stelle di neutroni ruotano molto velocemente, nella maggior parte dei casi emettono onde radio che si muovono nello spazio come la luce di un faro nella notte. Quando questo fascio viene captato dalla Terra, si vede una specie di lampo.
3. Se la stella aveva inizialmente una massa molto grande, continuerà a contrarsi e la forza di gravità diventerà tanto elevata che nemmeno un oggetto con la velocità della luce riuscirà ad allontanarsi: si formerà un buco nero. Ovviamente non è possibile osservare un buco nero, ma la sua presenza è rivelata dal comportamento delle stelle che gli stanno vicine: talvolta la materia di una stella, attirata da una forza gravitazionale così forte, si riscalda ed emette raggi X che possono essere rilevati dai satelliti artificiali; altre volte la stella segue una strana orbita, come se nelle sue vicinanze ci fosse un corpo che ne influenzasse il movimento.
