Несколько иной вид взрыва сверхновой происходит, когда еще более крупные и горячие звезды (голубые гиганты и голубые сверхгиганты) достигают конца своей короткой и драматической жизни. Эти звезды достаточно горячие, чтобы сжигать в качестве топлива не только водород и гелий, но также углерод, кислород и кремний. В конце концов, синтез в этих звездах образует элемент железа (который является наиболее стабильным из всех ядер и не будет легко сливаться с более тяжелыми элементами ), что эффективно завершает процесс ядерного синтеза внутри звезды. Не хватает топлива для синтеза, температура звезды уменьшается, а скорость из-за гравитации увеличивается, пока он полностью не разрушится сам на себя, выбрасывая материал в виде массивного взрыва сверхновой.
Если масса сжатого остатка звезды превышает примерно 3-4 массы Солнца, то даже вырожденного давления нейтронов недостаточно, чтобы остановить коллапс, и вместо образования нейтронной звезды ядро полностью коллапсирует в гравитационную сингулярность, единственная точка, содержащая всю массу всей исходной звезды. Гравитация в таком явлении настолько сильна, что подавляет все другие силы, до такой степени, что даже свет не может вырваться из нее, отсюда и название черная дыра. Таким образом, гравитация тела, всего в несколько раз более плотного, чем нейтронная звезда, приведет к его неизбежному дальнейшему коллапсу в черную дыру.
Хотя сингулярность в центре черной дыры бесконечно плотна, сама черная дыра не обязательно огромная, как иногда предполагают. Черная дыра с массой нашего Солнца, например, будет иметь радиус всего три километра (примерно в двести миллионов раз меньше Солнца), а дыра с массой Земли поместится на ладони! Сказав это, черные дыры могут со временем увеличиваться до огромных размеров, поскольку они поглощают все больше и больше материи и даже другие черные дыры, а некоторые из них действительно становятся чрезвычайно массивными.
Вопреки распространенному мнению, черная дыра не просто «засасывает» все вокруг себя: на самом деле она оказывает на окружающие ее объекты не большее гравитационное притяжение, чем первоначальная звезда, из которой она образовалась, и любые объекты вращаясь вокруг исходной звезды (и которая пережила взрыв сверхновой), теперь вместо этого будет вращаться вокруг черной дыры (объект должен будет подойти довольно близко к черной дыре , прежде чем его затянет). Самые большие голубые звезды могут пропустить даже стадию сверхновой, так что даже их внешние оболочки включаются в сингулярность.
По определению, мы не можем наблюдать черные дыры напрямую, но их можно обнаружить по гравитационному эффекту, который они оказывают на другие тела или на световые лучи. Это особенно легко заметить в случае двойных звездных систем, где обычная звезда вращается вокруг черной дыры. В начале 1990-х Райнхард Генцель начал эту работу, используя новую тогда технику адаптивной оптики для построения и отслеживания движения звезд вблизи центра нашей галактики Млечный Путь, чтобы показать, что они должны вращаться вокруг очень массивного, но невидимого объекта. От огромной скорости, с которой звезды приближаются к центру вращаются вокруг галактики — миллионы километров в час — мы знаем, что в центре Млечного Пути есть «сверхмассивная черная дыра » (известная как Стрелец А) с массой примерно в 2–4 миллиона раз больше массы нашего Солнца. Кроме того, только в галактике Млечный Путь насчитывается порядком многих миллионов черных дыр массой не менее десяти масс Солнца каждая.
Сверхмассивные черные дыры скрываются в центрах большинства галактик, образуя центры, вокруг которых вращаются галактики. На самом деле, из наблюдений за интенсивным излучением газов, вращающихся вокруг них со скоростью, близкой к скорости света, мы можем сделать вывод, что в центрах других галактик есть гораздо более крупные сверхмассивные черные дыры, некоторые из них весят столько же, сколько несколько миллиардов солнц. Черная дыра в центре галактики, известной как M87, имеет массу, оцениваемую примерно в 20 миллиардов солнечных масс, и может быть такой же большой, как вся наша Солнечная система.
Кажется вероятным, что ранняя Вселенная, в которой очень большие недолговечные звезды были нормой, была разбросана множеством черных дыр, которые со временем постепенно сливались вместе, создавая все большие и большие черные дыры. Наблюдения показали, что две черные дыры нередко кружатся вокруг друг друга в своего рода космическом танце, когда их гравитационные поля взаимодействуют. Рябь в пространстве-времени, вызванная двумя черными дырами, вращающимися вокруг друг друга — обычно в форме трехлистного клевера или более сложной многопроходной конфигурации, а не простой орбиты электрона внутри атом, и все меньше и быстрее, поскольку два объекта неизбежно приближаются друг к другу - могут быть зарегистрированы визуально и даже на слух.
В случае крупнейших событий, через несколько мгновений после образования черной дыры, тепло и сильно усиленное магнитное поле коллапсирующей звезды объединяются, чтобы сфокусировать пару лучей или потока излучения, перпендикулярных вращающейся плоскости аккреционный диск. Эти лучи фокусируют огромное количество потоков частиц и энергии (порядка миллиарда миллиардов раз превышающей мощность нашего Солнца) от черной дыры со скоростью, близкой к скорости света. Ударные волны этого мощного луча вызывают испускание гамма-лучей в результате явления, известного как «гамма-всплеск»." или событие "гиперновой" (названное так потому, что его энергия и яркость затмевают даже сверхновую в сто миллионов раз). Гамма-всплески - безусловно самые яркие электромагнитные явления, происходящие во Вселенной, длятся они от нескольких миллисекунд до почти часа — типичный всплеск длится несколько секунд — обычно за ним следует более продолжительное «послесвечение», испускающее более длинные волны (рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные и радиоволны). Столкновения между нейтронными звездами или между нейтронной звездой и черной дырой также могут вызывать гамма-всплески .
Интересно, что звездам с меньшим количеством тяжелых элементов легче превращаться в гиперновые и генерировать гамма-всплески. Это, а также тот факт, что более крупные и короткоживущие звезды были более распространены в жизни нашей Вселенной и означают, что явление гамма-всплески сегодня на самом деле встречается реже, чем раньше. Сказав это, зонд НАСА, запущенный в 2004 году специально для обнаружения гамма-всплесков по всей Вселенной , регистрирует по крайней мере одно такое событие каждый день, так что это не редкие инциденты. (Следует помнить, что любые сверхновые или гамма-всплескимы наблюдаем сегодня в галактиках , скажем, на расстоянии 9 миллиардов световых лет, на самом деле это произошло 9 миллиардов лет назад.)
