Một ngôi sao không đơn thuần là quả cầu ánh sáng lấp lánh trên bầu trời mà là một lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ. Thành phần chủ yếu của chúng là hydro và heli, cùng một lượng nhỏ các nguyên tố khác. Vòng đời của một ngôi sao có thể kéo dài hàng triệu đến hàng nghìn tỷ năm, phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng ban đầu.

Hành trình bắt đầu trong những đám mây phân tử khổng lồ chứa khí và bụi vũ trụ. Dưới tác động của lực hấp dẫn, vật chất dần co lại, khiến nhiệt độ và áp suất bên trong tăng cao. Khi hình thành một tiền sao (protostar), quá trình co sụp tiếp tục cho đến khi lõi đủ nóng để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch, biến hydro thành heli và giải phóng năng lượng. Một ngôi sao chính thức ra đời.

Trong phần lớn cuộc đời, ngôi sao duy trì trạng thái tương đối ổn định nhờ sự cân bằng giữa lực hấp dẫn kéo vật chất vào trong và áp suất do năng lượng nhiệt hạch tạo ra đẩy ra ngoài. Đây là giai đoạn dãy chính, cũng là giai đoạn Mặt Trời đang trải qua. Tuy nhiên, những ngôi sao có khối lượng lớn tiêu thụ nhiên liệu nhanh hơn nhiều, vì vậy chúng thường có tuổi thọ ngắn hơn những ngôi sao nhỏ.

Sơ đồ vòng đời của các ngôi sao có khối lượng khác nhau, từ khi hình thành đến những giai đoạn cuối cùng. Ảnh: imagine.gsfc.nasa.gov

Khi hydro trong lõi cạn dần, số phận ngôi sao bắt đầu phân hóa. Những ngôi sao có khối lượng tương đương Mặt Trời sẽ phình to thành sao khổng lồ đỏ. Sau đó, chúng thải các lớp khí bên ngoài ra không gian, tạo thành tinh vân hành tinh, để lại lõi nóng đặc gọi là sao lùn trắng. Qua hàng tỷ năm, sao lùn trắng nguội dần và mờ đi.

Với những ngôi sao có khối lượng lớn hơn khoảng 8 lần Mặt Trời, kết thúc thường dữ dội hơn. Khi lõi không còn tạo đủ năng lượng chống lại lực hấp dẫn, nó sụp đổ và kích hoạt vụ nổ siêu tân tinh. Phần lõi còn lại có thể trở thành sao neutron cực kỳ đặc hoặc hố đen nếu khối lượng đủ lớn.

Điều kỳ diệu là cái chết của một ngôi sao cũng mở đầu cho sự sống mới. Các vụ nổ siêu tân tinh phát tán nhiều nguyên tố nặng vào không gian, góp phần hình thành những ngôi sao, hành tinh và vật chất cấu thành sự sống. Sắt trong máu hay canxi trong xương con người đều có nguồn gốc từ những quá trình tổng hợp nguyên tố trong các thế hệ sao trước đó.