Principiul de funcționare al unei stele este unul relativ simplu. O stea, precum Soarele, este formată în mare parte din Hidrogen, Heliu și Litiu. Foarte multe stele se formează chiar în acest moment.
Sub forța gravitației, „praful stelar” care există în spațiul interstelar, fiind compus aproape în totalitate din Hidrogen – elementul cel mai simplu și abundent din Univers – este adunat tot mai mult la un loc, iar cum forța gravitațională crește proporțional cu masa, presiunea asupra atomilor de Hidrogen începe să crească, făcându-i să se respingă din ce în ce mai mult, mărindu-le astfel viteza. Când temperatura devine îndeajuns de mare (atunci când agitarea atomilor a atins nivelul critic), atomii de Hidrogen încep să se descopună în particulele care îi compun: protoni și electroni, formând o substanță numită „plasmă”, iar cum doi protoni se resping pentru că au aceeași sarcină electrică pozitivă, o creștere în presiune rezultă o creștere mai mare în viteza lor de respingere. Însă la o temperatură foarte mare, doi protoni se pot ciocnii atât de violent încât acest impact e mai puternic decât forța de respingere dintre ei, iar în momentul acestei coliziuni, "forța nucleică puternică", care acționează la distanțe foarte mici, va prelua controlul asupra lor și îi va ține uniți. Energia de legătură dintre ei va favoriza ca un proton să fie convertit într-un neutron, creând astfel nucleul unui atom de Hidrogen greu, numit și Deuterium, care constă într-un proton și un neutron.
După cum am văzut în capitolele precedente, masa unei particule este mai mare atunci când aceasta nu face parte dintr-un nucleu, iar cum masa este doar o formă condensată a energiei, un proton are mai puțină masă-energie atunci când face parte dintr-un nucleu, iar acea pierdere de masă-energie este transformată în fotoni care au o anumită energie. Fotonii vor părăsi nucleul stelei după zeci de mii de ani, fiind absorbiți și recreați de miliarde de ori în călătoria lor spre exteriorul stelei.
Acest proces care combină particulele precum protonii și neutronii în elemente mai grele, se numește "Fuziune nucleară". Datorită miilor de tone de masă convertite în energie în fiecare secundă, acest proces încearcă să explodeze steaua de la interior, însă în tot acest timp spațiul încearcă să preseze steaua din exterior, ducând la un echilibru ce va dura de la câteva milioane până la câteva miliarde ani.
Masa stelei joacă un rol împortant în procesul de fuziune nucleară. O stea cu o masă mai mare, datorită forței gravitaționale care acționează asupra ei, va avea o presiune mai mare în interiorul nucleului său, o agitare mai mare a particulelor și o rată mai mare de formare a elementelor mai grele, producând mai multă energie în fiecare secundă decât produce o stea cu o masă mai mică. Tot din acest motiv, fotonii de lumină rezultați din acest proces vor avea mai multă energie, poziționându-i în partea dreaptă a spectrului luminii, având o culoare albăstruie.
În schimb, stele cu o masă mai mică trăiesc mult mai mult decât stelele masive, iar acest lucru se datorează faptului că forța gravitațională care acționează asupra lor este relativ mică, rezultând o temperatură mai mică în nucleul lor și o rată mai mică de transformare a masei în energie. De asemenea, fotonii de lumină produși de aceste stele au o energie mică, fiind percepuți de noi oamenii ca având o culoare roșiatică. Datorită masei și culorii lor, astronomii numesc acest tip de stele "Pitici roșii". Când aceste stele își vor termina "combustibilul", se vor răcii treptat, iar ceea ce rămâne în urma lor este un nucleu dens de carbon, deoarece nefiind foarte masive, gravitația lor nu este îndeajuns de puternică încât să poate continua fuziunea în elemente mai grele decât carbonul.
În partea opusă, însă, avem stele masive și super-masive care trăiesc relativ puțin, în jur de 10 milioane de ani, altele chiar mai puțin de atât, dar energia și temperatura produsă de aceste stele este una enormă. Cea mai multă lumină produsă de acestea are o frecvență foarte mare, încadrându-se între albastru, ultraviolet și radiația X.
Aceste stele, însă, nu au parte de o moarte lentă, precum "Piticele roșii", ci o moarte foarte violentă printr-o explozie numită "Supernovă".
Atunci când stelele crează elemente mai grele prin fuziune nucleară, cea mai multă energie este produsă prin convertirea Hidrogenului în Deuterium și în Heliu, după care energia începe să scadă pentru că protonii care se vor alătura nucleului de Heliu sunt mai depărtați de centrul nucleului, iar "forța puternică" e mai slabă la distanțe mari, de unde rezultă că masa-energia unui proton este mai mică dacă acesta se află în centrul nucleului, decât masa unui proton aflat la periferia nucleului. Astfel, procesul de creare a elementelor mai grele produce mai puțină energie decât în cazul elementelor cu mai puțini nucleoni.
Limita procesului de fuziune nucleară este atinsă atunci când se încearcă fuzionarea fierului. Fierul are în compoziție 26 de protoni și 30 de neutroni. Orice element cu o masă atomică mai mare sau egală cu 56 nu va produce energie prin fuziune nucleară, ci în schimb va absorbi energie, distrugând balansul dintre gravitație și energia produsă din nucleul stelei, favorizând gravitația, care va prelua controlul asupra stelei, strivind-o cu o forță extraordinară, ducând la o creștere bruscă a temperaturii în nucleul stelei, începând formarea elementelor mai grele decât fierul, fiecare transformare absorbând energie, favorizând în continuare gravitația, continuând strivirea stelei.
Temperatura continuă să crească în interiorul stelei, iar spațiul dintre nucleoni și electroni devine atât de mic, încât o parte dintre electroni sunt împinși în interiorul protonilor aflați la periferia nucleelor atomice, formând neutroni, în timp ce cealaltă parte de electroni se agită, respingându-se unii pe alții cu o forță mai puternică decât forța gravitațională. Atunci când gravitația comprimă steaua într-un volum relativ mic de spațiu, temperatura din interiorul stelei atinge punctul culminant, particulele miscându-se la viteze inimaginabile într-un spațiu atât mic, încât spațiul în sine nu va putea să mai țină în același loc atât de multă masă, astfel are loc cea mai mare explozie din univers: "Supernova".
Toate particulele și elementele masive create în acest proces, sunt dispersate în spațiu pe o rază de câțiva ani lumină, formând un peisaj multicolor comus dintr-o mulțime de elemente diferite. Acest peisaj lăsăt în urmă de o stea care a murit printr-o explozie de tipul "Supernova", este numit de către astronomi: "Nebuloasă planetară".
O nebuloasă poate fi rezultatul morții a mai multor stele masive aflate în vecinătate. Când o stea explodează în apropierea unei nebuloase, poate cauza ca o parte din materialul care alcătuiește nebuloasa, să se condenseze, ducând astfel la formarea altor stele, și eventual planete în jurul acestora.
Un alt tip de stele, sunt cele care au o masă medie. Soarele nostru ar fi un exemplu destul de bun. Astfel de stele trăiesc în jur de 10 miliarde de ani, și nu vor muri printr-o explozie supernova, ci vor forma o "Pitică albă" cu un diametru de aproximativ 20 de kilometrii.
În prezent, Soarele se află cam la jumătatea vieții sale, deci ne aștemptăm să mai trăiască încă 5 miliarde de ani de acum, problema însă va fi căci peste doar un miliard de ani, Soarele va devenii atât de mare încât toată apa de pe Pământ se va evapora, iar viața așa cum o știm noi, nu va mai putea supraviețui acelor condiții. Corona Soarelul va ajunge până la planeta Venus, închițind planeta Mercur complet. Acest proces este cauzat de respingerea elemetelor grele din nucleul Soarelui, precum carbonul, nitrogenul și oxigenul (elementele principale aflate în compoziția Soarelui peste 1 miliard de ani). Masa Soarelui fiind prea mică pentru a constitui îndeajuns de multă forță gravitațională care să poată ține Soarele la volumul actual, acesta se va extinde, pierzându-și treptat din masă și din temperatură.
Dacă Soarele ar fi avut companie o stea de tipul "Pitică albă", atunci aceasta ar fi absorbit cu ajutorul gravitației cantități de materie din Soarele aflat în perioada sa de dilatare, ducând la cresterea în masă a "Piticei albe". Deoarece o masă mai mare înseamnă și o presiune mai mare asupra nucleului, acesta fiind alcătuit din carbon, ar fi fost presat atât de mult încât s-ar fi transformat într-un nucleu de diamant, iar dacă masa Soarelui era îndeajuns de mare, putea cauza o explozie de tip "Supernova A". Acest lucru, însă nu va întâmpla în cazul Soarelui.
Nucleul care va rămâne după ce Soarele va muri, va începe să se răcească trepatat, ajung la o temperatură atât de mică încât poate fi atinsă cu mână liberă. Fiind compus din carbon, va avea o culoare întunecată, spre negru, primind denumirea de "Pitică neagră". Acest nucleu, însă, este unul foarte dens; o linguriță din acest material poate cântării până la câteva mii de tone.
Alte tipuri de stele mai putem întâlni în Univers, sunt: "Stelele neutronice", "Piticele maro" și "Găurile negre". Însă, mai exact, dacă definiția pentru o stea este un corp luminos care produce energie prin fuziune nucleară, atunci aceste tipuri de stele nu corespund definiției.
O "Pitică maro" este un tip de stea eșuată, care nu a mai avut îndeajuns de mult material în jurul său atunci când s-a format pentru a atinge o masă suficient de mare încât să poată produce fuziune nucleară. În general, aceste stele sunt numai de câteva ori mai mari decât planeta Jupiter. Unele "Pitice maro" produc energie prin fuziune nucleară, însă la o rată foarte scăzută, iar lumina produsă de acestea are o frecvența foarte mică, încadrându-se în zona microundelor și a razelor infraroșu.
O "Stea neutronică" este un tip foarte bizar de stea; este foarte masivă și foarte mică, cu un diametru de 5-10 kilometrii, formată în totalitate sau în mare parte din neutroni. O linguriță de astfel de material cântărește câteva miliarde de tone. Atunci când o stea masivă explodează, datorită presiunii foarte mari din nucleul stelei, formează neutroni prin împingerea electronilor în interiorul protonilor. Acest nucleu este atât de tare presat încât putem spune că este un neutron uriaș. O altă caracteristică specifică acestor tip de stele, este viteza foarte mare de rotire în jurul propriei axe. Unele se rotesc de la câteva ori pe minut, la câteva ori pe secundă. De asemenea, o "Stea neutronică", mai poartă denumirea și de "Pulsar" sau "Magnetar".
Cel mai bizar tip de stea din întregul Univers, este cu siguranță "Gaura neagră". Atunci când extrem de multă masă este comprimătă într-un spațiu extrem de mic, o "Gaură neagră" se va forma, unde viteza de scăpare de pe suprafața acesteia este mai mare decât viteza luminii, iar cum nimic nu poate depășii viteza luminii în Univers, nimic nu poate scăpa de pe suprafața unei "Găuri negre", nici măcar lumina.
Spre exemplu, viteza de scăpare de pe Pământ este de 11 km/s. Calculând, puteam afla că dacă am comprima întreaga planetă într-o sferă cu diametrul de 3 centimetrii, viteza de scăpare ar fi mai mare decât viteza luminii, formând astfel o "Gaură neagră".
