В недрах звезд происходят термоядерные реакции с очень высокими температурами и давлением, с помощью которых водород превращается в гелий и образуется огромное количество энергии, гелий при термоядерных реакциях также сгорает и превращается в углерод, который в свою очередь превращается в более тяжелые элементы вплоть до железа. Тяжелые элементы оседают в центре звезды, во внешних слоях продолжаются термоядерные реакции с более легкими химическими элементами.
На последней стадии существования звезд заканчивается водородное топливо, гравитационное сжатие уже неспособно удержать давление газа, звезда начинает расширяться становясь красным гигантом. Далее эволюция зависит от массы звезды, звезды сравнимые по массе с Солнцем на стадии красного гиганта сбросят внешнюю оболочку, которая образует туманность вокруг медленно остывающего белого карлика, бывшего ядра звезды, состоящего из тяжелых элементов.
Если масса белого карлика превышает предел Чандрасекара (примерно 1,4 солнечных масс) то гравитационное сжатие не останавливается на стадии белого карлика. Ядро продолжает сжиматься одновременно с резким набором температуры, под действием гамма излучения происходит фотодиссоциация ядер железа на альфа частицы, затем сила гравитации под действием растущей температуры разрушает сами атомы, электроны вдавливаются в протоны, образуя нейтроны, все свободное пространство в атоме между ядром и электронами исчезает, образуя сплошную и сверхплотную упаковку нейтронов с излучением антинейтрино. Так рождается нейтронная звезда, несколько десятков километров диаметром и массой большей чем у Солнца.
Масса нейтронных звезд не может превышать предел Оппенгеймера - Волкова, который в настоящее время точно не определен из-за трудностей в опознании далеких объектов космоса. Считается, что самая тяжелая нейтронная звезда массой 2,17 солнечных, самая легкая черная дыра массой 6,3 солнечных, поиски более легких черных дыр продолжаются.
Предположительно в центре самых тяжелых нейтронных звезд плотность ядра возрастает более чем в 10 раз относительно наружных слоев что говорит о дальнейшем распаде нейтронов на другие элементы. Нейтрон является составной частицей, внутри него находятся один верхний и два нижних кварка (кварковая структура udd). При превышении предела Оппенгеймера - Волкова гравитационное сжатие разрушает все нейтроны и все составные частицы до простейших и неделимых фундаментальных частиц, кварков, лептонов, бозонов и других.
Ядро черной дыры должно представлять собой сплошную упаковку мельчайших фундаментальных частиц с невероятно высокой плотностью, в тысячи раз плотнее нейтронных звезд. Если сжать до такой плотности Солнце оно в диаметре не превышало бы несколько десятков метров. Сверхплотный объект обладает невероятной гравитацией, которую не может преодолеть даже скорость света вплоть до горизонта событий.
Ученые считают, что плотность крупнейших черных дыр меньше плотности воздуха, это верно если рассматривать все пространство внутри горизонта событий, но не относится к сверхплотному ядру. Если наблюдатель пересечет горизонт событий то он внешне это никак не заметит за исключением действия приливных сил, которые будут растягивать наблюдателя в радиальном направлении, а в тангенциальном сжимать, по мере движения наблюдателя к центру эти силы будут стремиться к бесконечности, назад дороги уже нет даже двигаясь со скоростью света.
Любая материя, поглощаемая ядром черной дыры, также расщепляется на кварки, лептоны и другие фундаментальные частицы, что увеличивает ее массу и расширяет горизонт событий. Однако согласно излучению Хокинга черная дыра может терять массу и подвергаться энтропии, чем меньше размеры тем выше скорость испарения. Существование кварковых звезд не доказано наукой в 2021 году, однако является единственным способом представления сверхплотных объектов во Вселенной.
Почему размер вселенной 93 млрд световых лет, а возраст только 13,8 млрд лет