Звёзды. 
Мегамир как взаимодействующая и развивающаяся система космических объектов

Наиболее массовые объекты мегамира — звёзды. Они образовались из газа галактик почти одновременно с ними. Водородно-гелиевый газ в галактиках со временем распадался на небольшие облака, которые коллапсировали под давлением собственного тяготения. При сжатии атомы в них сталкивались, и температура газа росла, пока не достигала величины, необходимой для начала реакций ядерного синтеза. Эти реакции преобразуют водород в гелий и похожи на управляемый взрыв водородной бомбы. Выделяемое при этом тепло заставляет звёзды светиться. Это тепло также увеличивает давление газа, пока это последнее не приходит в равновесие с силами тяготения. В результате газ перестаёт сжиматься. Примерно так газовые облака становятся звёздами, подобными Солнцу, которые сжигают водород, превращая его в гелий, и излучают высвободившуюся энергию в форме тепла и света.

Наблюдения показывают, что большинство звёзд устойчивы, т. е. они заметно не расширяются и не сжимаются в течение длительных промежутков времени. Как устойчивое тело звезда может существовать только в том случае, если все действующие на ее вещество внутренние силы уравновешиваются.

В каждой точке внутри звезды действует сила давления газа, которая старается расширить звезду. Но в каждой же точке ей противодействует другая сила — сила тяжести вышележащих слоев, пытающихся сжать звезду. Однако ни расширения, ни сжатия не происходит, звезда устойчива. Это означает, что обе силы уравновешивают друг друга. А так как с глубиной вес вышележащих слоев увеличивается, то давление, а следовательно, и температура возрастают к центру звезды.

Звезда излучает энергию, вырабатываемую в ее недрах. Температура в звезде распределена так, что в любом слое в каждый момент времени энергия, получаемая от нижележащего слоя, равняется энергии, отдаваемой слою вышележащему. Сколько энергии образуется в центре звезды, столько же должно излучаться ее поверхностью, иначе равновесие нарушится. Таким образом, к давлению газа добавляется еще и давление излучения. Лучи, испускаемые звездой, получают свою энергию в недрах, где располагается ее источник, и продвигаются через всю толщу звезды наружу, оказывая давление на внешние слои. Если бы звездное вещество было прозрачным, то продвижение это осуществлялось бы почти мгновенно, со скоростью света. Но оно непрозрачно и тормозит прохождение излучения. Световые лучи поглощаются атомами и вновь испускаются уже в других направлениях. Путь каждого луча сложен и напоминает запутанную зигзагообразную кривую. Иногда он «блуждает» многие тысячи лет, прежде чем выйдет на поверхность и покинет звезду.

Химический состав звезд по данным спектрального анализа в среднем такой: на 10 000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 — кислорода, 2 — азота, 1 — углерода, еще меньше остальных элементов. Из-за высоких температур атомы ионизированы и находятся в состоянии плазмы — смеси ионов и электронов. Строение звезд зависит от массы. Если звезда в несколько раз массивнее Солнца, то глубоко в ее недрах происходит интенсивное перемешивание вещества (конвекция), подобно кипящей воде. Такую область называют конвективным ядром звезды. Чем больше звезда, тем большую ее часть составляет конвективное ядро. Остальная часть звезды сохраняет при этом равновесие. Источник энергии находится в конвективном ядре. По мере превращения водорода в гелий молекулярная масса вещества ядра возрастает, а его объем уменьшается. Внешние же области при этом расширяются, температура поверхности падает. Горячая звезда — голубой гигант — постепенно превращается в красный гигант.

Строение красного гиганта уже иное. Когда в процессе сжатия конвективного ядра весь водород превратится в гелий, температура в центре повысится до 50−100 млн. градусов и начнется горение гелия. Гелий начнет превращаться в углерод. Ядро горящего гелия окружено тонким слоем горящего водорода, который поступает из внешней оболочки звезды. Следовательно, у красного гиганта два источника энергии. В дальнейшем создаются более тяжелые элементы. Синтез элементов тяжелее железа уже не приводит к выделению энергии. Лишенное энергии ядро начинает быстро сжиматься. Это может повлечь за собой взрыв — вспышку сверхновой. Происходит взрыв, мощь которого настолько велика, что сверхновая светит ярче всех звёзд галактики вместе взятых. Примером может служить сверхновая Крабовидной туманности. Китайские летописи относят её к 1054 году. Хотя взорвавшаяся звезда находилась на расстоянии 5000 световых лет, она оставалась видимой для невооружённого глаза несколько месяцев и сияла так ярко, что была различима даже днём, а ночью при её свете можно было читать. Недавно было высказано предположение, что происшедшее два миллиона лет назад вымирание морских организмов было вызвано всплеском космического излучения, порождённого вспышкой сверхновой вблизи от земли. Каждый день во Вселенной вспыхивают сотни тысяч сверхновых звёзд. В отдельной галактике сверхновые появляются примерно раз в столетие. Последняя вспышка сверхновой в Млечном Пути произошла в 1604 году. Главной претенденткой на роль следующей сверхновой в нашей галактике является звезда (ро) Кассиопеи, которая находится на расстоянии десять тысяч световых лет. Она относится к немногочисленному классу жёлтых сверхгигантов. Во всём Млечном Пути имеется лишь семь звёзд этого типа. Международная группа астрономов начала изучать ро Кассиопеи в 1993 году. За прошедшие годы у звезды наблюдались периодические колебания температуры на несколько сотен градусов. Затем, летом 2000 года, температура её внезапно упала с 7000 до 4000 градусов. В это время исследователи обнаружили в атмосфере звезды окись титана, которая, как считается, входит в состав оболочки, выброшенной с поверхности звезды мощной ударной волной.

Широко распространены двойные и кратные звезды, можно сказать, что это обычное явление. Они образуются рядом и вращаются вокруг общего центра масс. Их насчитывается около 50% от всех звезд.

В звездах-карликах, массы которых меньше массы Солнца, конвективное ядро отсутствует. В карликах процесс горения протекает очень медленно, и они практически не изменяются в течение миллиардов лет. Когда водород полностью сгорает, они медленно сжимаются и за счет энергии сжатия могут существовать еще очень длительное время.

Однако если звезда достаточно массивна, может оказаться, что даже свет не сумеет преодолеть её тяготение, и тогда она станет тем, что принято называть «чёрной дырой».