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，使其中的电子处于简并态。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。
在某些质量远大于太阳的恒星的已简并的核心，继续发生着坍缩，但最终形成的并不是中子星，而是黑洞。
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(Event Horizon)、“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。这是一种人类尚未得到直接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
