| 离开主序时质量超过八倍太阳的恒星能制造重原子核。在温度升到六亿开氏度时，碳保不住了，相互猛撞并聚合成氖和镁。一条“生产线”就此建立，因为每个新的热核反应都能释放更多的能量，使温度升得更高，从而导致新的转变。然而核转变并不能就无限制地继续，反应的洪流最后都朝着一个元素汇集：铁。铁是大质量恒星核心的最后灰烬。与此同时恒星还不断地膨胀其外壳以调节平衡，它会膨胀到一个异常巨大的尺度，成为红超巨星。红超巨星是宇宙中最大的恒星。如果把这样一个星放在太阳系中心，它将吞没包括远在五十亿公里外的冥王星在内的所有行星。
虽然铁核的温度在十亿度以上，却没有能量从中流出。它不足以使超巨星维持引力平衡，铁核就会被压得更紧密，其中的电子成为简并。当简并电子的巨大压力能暂时地支持外层的重量时，恒星活动会出现一个间歇。但是当核心里铁和简并电子的质量超过一点四个太阳质量时，电子已简并的核突然塌陷，剧烈收缩，在十分之一秒内温度猛升到五十亿度。涌出的光子带有的巨大能量将铁原子核炸开，蜕变成氦原子核。这个过程叫光致蜕变。光致蜕变使原子核破裂并吸收能量，恒星核心的平衡发生了前所未有的急剧变化，越来越不能抵挡无情的重压，温度持续上升，直到氦核本身也蜕变为其基本成分：质子、中子和电子。在高温下电子变得更不能阻挡压缩力，在零点一秒内，它们被挤压到与质子结合在一起。二者的电荷相中和，变成为中子，同时迸发出巨大的中微子流。中子的“占据体积”要小得多，两个中子之间的间隔，可以小到十的负十三次方厘米，也就是说，中子可以相互碰到。于是，中子化就伴随有一场物质的内向爆炸和密度朝着简并态的巨大增长。恒星的密度达到每立方厘米十的十四次方克，相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨的质量。恒星核里再没有任何“真空”留下，恒星核就成了一种主要由中子组成的巨大原子核，这种远比白矮星紧密的新的物质简并态，就叫做中子星。
这时恒星中的物质已不可能再作任何进一步的压缩。恒星的未中子化的外层以每秒约四万公里的速度落到其中子化核心的表面，在那里撞上了一堵无比坚硬的墙，并被反弹回来，形成冲击波。冲击波由中心向外传播，几天后达到恒星表面，毫不含糊地把恒星整个外壳轰得粉碎，并沿径向向外吹得四散。一个二十五倍太阳质量的恒星将喷射掉二十四倍太阳质量的质量，只剩下一个太阳质量的中子星。这个现象就称为超新星。
超新星爆发的这种激烈程度的确令人难以置信。它在几天内所倾泻的能量就像恒星在主序期的几亿年里所辐射的那样多。它的光度会增大数十亿倍，因此在几天里这颗“新”星看上去就像一整个星系那样明亮。
超新星吹出的气体不仅送来了丰富的重元素，而且对星系的演化起着非常重要的作用。今日地球上的重元素就是从那些早已消失的恒星的核里来的。
事实上，宇宙现实中的恒星的一生远比在此所述的要复杂也要多姿多彩得多。有一种说法，在某些恒星的已简并的核心，仍然发生了坍缩，但并不是形成中子星，而是形成了一种更不可思议的天体——黑洞。
没有东西能从黑洞逃逸，包括光线在内。黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗大质量恒星坍缩后，当其引力大得无任何其他排斥力能与之相对抗时，恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。有关黑洞结构的细节可用爱因斯坦解释引力使空间弯曲和时钟变慢的广义相对论来计算。奇点是黑洞的中心，在它周围引力极强。黑洞的表面通常称为视界，或叫事件地平、“静止球状黑洞的史瓦西半径”，它是那些能够和遥远事件相通的时空事件和那些因信号被强引力场捕获而不能传出去的时空事件之间的边界。在事件地平之下，逃逸速度大于光速。这是一种人类尚未观察证实的天体现象，但它已被一些著名的理论天文学家如霍金等在数学模型方面研究得相当完善。
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