الثقب الأسود هو كتلة كبيرة في حجم صغير تسمى الحجم الحرج بالنسبة لهذه الكتلة، حيث تبدأ المادة بالإنضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدث فيها انهيار من نوع خاص هو الانهيار بفعل الجاذبية ، ويزداد تركيز الكتلة اي كثافة الجسم وتصبح قوّة جاذبيته قوّية الى درجة لا يمكن معها لأي جسم يمر بمسافة ما منه الإفلات مهما بلغت سرعته وبالتالي يزداد كمّ المادة الموجود في الثقب الاسود ، وبحسب النظرية النسبية العامّة لاينشتاين فإن الجاذبية تقوّس الفضاء الذي يسير الضوء فيه بشكل مستقيم بالنسبة للفراغ ، وهذا يعني ان الضوء ينحرف تحت تأثير الجاذبية ، اما الثقب الأسود فإنه يقوس الفضاء الى حد يمتص الضوء المار بجانبه بفعل جاذبيته ، وهو يبدوا لمن يراقبه من الخارج كأنه منطقه من العدم لأن لا يمكن لأي اشارة ، معلومة موجة او جسيم الافلات من منطقة تأثيره فيبدوا اسودا. وللتوضيح فإن تحول الكرة الارضية الى ثقب اسود يستدعي تحولها الى كرة نصف قطرها 0.9 سم وكتلتها نفس كتلة الارض الحالية.
وكان طرح فرضية إمكانية وجود مثل هذه الظاهره هو إكتشاف "رومر" أن للضوء سرعة محدوده وهذا الاكتشاف يطرح تساؤل لماذا لاتزيد سرعة الضوء الى سرعة أكبر كانت الأجابه لأنه قد تكون للجاذبيه تأثير على الضوء ومن هذا الأكتشاف كتب "جون مينشل " عام 1783 مقالاً أشار فيه إلى أنه قد يكون لنجم الكثيف المتراص جاذبيه شديدة جداً ،إلى أن الضوء لا يمكنه الإفلات منها . فأي ضوء ينبعث من سطح النجم تعيده هذه الجاذبية، واقترح أيضاً وجود نجوم عديدة من هذه النجوم ،مع أننا لا يمكننا أن نرى الضوء لأنها لا تبعثه إلا أننا نستطيع تلمس جاذبيتها. وهذه النجوم ما نسميه "بالثقوب السوداء " . فهي فجوات في الفضاء، وأهملت هذه الأفكار لان نظريه الموجات للضوء كانت سائدة في ذلك الوقت لأنها تتوافق مع فيزياء "نيوتن " ولم تأت نظريه متماسكة عن كيفية تأثر الضوء بالجاذبية إلا يوم عرض" آينشتاين " النسبية العامة 1915 م . ولم يفهم ما تحتويه النسبية من مضامين إلا بعد فترة طويلة بالنسبة لنجوم الكبيرة .
ويبدو أن الثقوب السوداء هي المراحل النهائية في حياة النجوم الكبيرة،اذ أن الانفجارات الداخلية في النجوم و وجود الوقود الذي قد يكون غازات وغيرها من الغبار الكوني في مراكز النجوم يؤدي إلى تمدد الغاز وغيره الذي يسعى إلى توسيع الطبقات الموجودة فوقه، وفي ذات الوقت تضغط قوى الجاذبية الهائلة للنجوم هذه الطبقات، ولكن عند نفاد هذا الوقود في مراحل حياة النجم الاخيرة فإن درجة حرارتها تبدأ بالانخفاض وتبدأ بالانضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدد مستقبلها كثقوب سوداء مقدار كتلتها، وتدل حسابات العلماء على أن النجم يجب أن يكون أكبر بعدّة أضعاف من الشمس ليكون مرشحا ليتحول إلى ثقب اسود.
حيـاة النجوم
يتكون النجم عندما تأخذ كمية من الغازات غالباً تكون من الهيدروجين بالتجمع والتهافت والانخساف على بعضها البعض ومع هذا التقلص يزداد تصادم الغازات فيما بينها بسر عات كبيره , و يسخن الغاز حتى يصبح حار جداً إلى درجة أن تندمج ذرات الهيدروجين عند تصادمها لتكونّ الهليوم ،بشكل تفاعل يشابه تفاعلات القنبلة الهيدروجينية وهي التي تجعل النجم مشع و هذه الحرارة تزيد من ضغط الغازات إلى أن يصبح كافياً ليتوازن مع التجاذب التثاقلي فيتوقف الغاز عن التقلص وتبقى النجوم مستقرة فترة طويلة حيث تتعادل حرارة التفاعلات النووية مع قوة التجاذب التثاقلي(أي انه يكون في حالة توازن توقفه عن الانخساف مثل التوازن بين الجاذبيه و القوه الطارده المركزيه).
ولكن في النهاية ينضب الهيدروجين من النجم , فكلما كانت كمية الوقود كبيرةً عند ولادة النجم كان نضوبه أسرع لأنه كلما كانت كتلة النجم كبيره وجب أن تكون حرارته عالية من أجل مقاومة تجاذبه التثاقلي وكلما كانت حرارته عالية كان أسرع استهلاك للوقود .
ولأن شمسنا من النجوم المتوسطة فإنه على الأقل يوجد بها وقود يكفي خمسة آلاف مليون سنه فقط !! وعندما ينضب الوقود فإن النجم يبدأ في التبرد وبالتالي بالتقلص . لكن حسب " تشاندرا سيخار" يمكن أن يكون حجم النجم ضخم ويستطيع مقاومة جاذبيته الذاتية بعد أن يكون قد استهلك كامل وقوده. فعندما يكون النجم صغيراً تقترب جسيمات المادة من بعضها البعض كثيراً ووفقاً لمبدأ "باولي " في الاستبعاد يجب أن تكون سرعات الجسيمات متفاوتة جداً وهذا يجعلها تتنافر وبالتالي يتمدد النجم وهكذا يستقر النجم على حجم (( نصف قطره )) ثابت وهكذا تتعادل الجاذبية كما كانت عند بداية النجم. أدرك (تشاندرا سيخار)أن هناك حدود للتنافر الذي يقدمه مبدأ الاستبعاد. فالنسبية تحدد الفارق الأقصى بين السر عات التي بين الجسيمات في النجم بسرعة الضوء وبذلك يصبح النجم كثيفا بما فيه الكفاية و يكون التنافر اقل من قوة الجاذبية حسب (تشاندرا سيخار)الكتلة التي لا يمكن للنجم مقاومة جاذبيته وتعرف بحدود (تشاندرا سيخار)وكانت هذه الأ فكار ذات أثر كبير لفهم مصير النجوم :
1-إذا كانت كتلة النجم دون حدود(تشاندرا سيخار) قد يتوقف في النهاية عن التقلص ليستقر على شكل (قزم ابيض) و يكون ذا كثافة عالية مئات الأطنان في الانش الواحد ونشاهد عددا كبيرا من هذه النجوم البيضاء وكان أحد أول ما اكتشف نجم يدور حول الشعرى اسطع نجم في السماء .
2- عندما تكون كتلة النجم ضعف كتلة شمسنا ولكن اصغر بكثير من القزم الأبيض وتحقق هذه النجوم مبدأ تنافر الاستبعاد بين النيترونات والبروتونات اكثر منه بين الإلكترونات ولذلك سميت نجوم نيوترونية قد لا يتعدى نصف قطرها عشرة أميال أو نحوه مع كثافة عالية تعد بمئات الملايين من الأطنان في الانش الواحد ويتم التنبؤ بوجودها ولم يتمكن من مشاهدتها ولم تكتشف إلا بعد فترة طويلة .
ولكن النجوم التي تتجاوز كتلتها حدود(تشاندرا سيخار) تواجه مشكلة كبيرة عند نفاذ وقودها قد تنفجر أو تقذف بعض المادة لتخفيف كتلتها إلى مادون الحدود كي تتفادى الانسحاق بالجاذبية .كانت النتيجة مذهلة حيث أن النجم يتحول إلى نقطة حتى آينشتاين كتب مقالا أعلن فيه انه لا يمكن للنجوم أن تتقلص إلى الصفر وأهملت هذه الفكرة إلى ما بعد الحرب العالمية الثانية