簡(jiǎn)介 恒星由于演化而在質(zhì)量一密度圖上移動(dòng)，但保持在虛線方框內(nèi),。圖A3是方框區(qū)的放大,，表示出恒星在不同演化階段其中心發(fā)生的主要熱核反應(yīng),。
由于引力的控制,，恒星演化的總趨勢(shì)是密度增大（在圖中向下移動(dòng)）,，而質(zhì)量丟失、碎裂,、不穩(wěn)定或爆炸等現(xiàn)象使其質(zhì)量減?。ㄔ趫D中向左移動(dòng)）。恒星的演化必定以三種可能的冷態(tài)之一為終結(jié)：白矮星,，中子星,，黑洞。
質(zhì)量小于SM的恒星沿A線移動(dòng)。在離開氫轉(zhuǎn)變成氦的主序段后,，恒星中心的溫度和密度都上升,，直至氦能夠聚合成碳。碳保持沉寂,，恒星最后變成白矮星。質(zhì)量更大的恒星的演化軌跡是B線,，它們中心的碳能燃燒成為鎂,，并最后成為中子星。軌跡C是最為假設(shè)性的,，它可能表示著質(zhì)量在25M以上的恒星,，在經(jīng)過了到生成鐵為止的所有熱核燃燒階段后，最終成為黑洞,。
恒星演化論,，是天文學(xué)中，關(guān)于恒星在其生命期內(nèi)演化的理論,。
由于單一恒星之演化通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)十億年,，人類不可能完整觀測(cè)，目前的理論仍有部分是推測(cè)的假說,。目前天體物理學(xué)家主要利用觀測(cè)大量恒星,，判斷其在生命期的不同階段，并以計(jì)算機(jī)模型模擬恒星的演變,。
誕生
恒星的演化開始于巨分子云,。一個(gè)星系中大多數(shù)虛空的密度是每立方厘米大約0.1到1個(gè)原子，但是巨分子云的密度是每立方厘米數(shù)百萬個(gè)原子,。一個(gè)巨分子云包含數(shù)十萬到數(shù)千萬個(gè)太陽質(zhì)量,，直徑為50到300光年。
恒星演化
在巨分子云環(huán)繞星系旋轉(zhuǎn)時(shí),，一些事件可能造成它的引力坍縮,。 巨分子云可能互相沖撞，或者穿越旋臂的稠密部分,。鄰近的超新星爆發(fā)拋出的高速物質(zhì)也可能是觸發(fā)因素之一,。最后，星系碰撞造成的星云壓縮和擾動(dòng)也可能形成大量恒星,。
坍縮過程中的角動(dòng)量守恒會(huì)造成巨分子云碎片不斷分解為更小的片斷,。質(zhì)量少于約50太陽質(zhì)量的碎片會(huì)形成恒星。在這個(gè)過程中,，氣體被釋放的勢(shì)能所加熱,，而角動(dòng)量守恒也會(huì)造成星云開始產(chǎn)生自轉(zhuǎn)之后形成原始星。
恒星形成的初始階段幾乎完全被密集的星云氣體和灰塵所掩蓋,。通常,，正在產(chǎn)生恒星的星源會(huì)通過在四周光亮的氣體云上造成陰影而被觀測(cè)到,，這被稱為博克球狀體。
質(zhì)量非常?。ㄐ∮谝粋€(gè)太陽質(zhì)量）的原始星的溫度不會(huì)到達(dá)足夠開始核聚變的程度,它們會(huì)成為棕矮星,，在數(shù)億年的時(shí)光中慢慢變涼。大部分的質(zhì)量更高的原始星的中心溫度會(huì)達(dá)到一千萬開氏度,，這時(shí)氫會(huì)開始聚變成氦,，恒星開始自行發(fā)光。核心的核聚變會(huì)產(chǎn)生足夠的能量停止引力坍縮,，達(dá)到一個(gè)靜態(tài)平衡,。恒星從此進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段。如果恒星附近仍有殘留巨分子云碎片,，那么這些碎片可能會(huì)在一個(gè)更小的尺度上繼續(xù)坍縮,，成為行星、小行星和彗星等行星際天體,。如果巨分子云碎片形成的恒星足夠接近,，那么可能形成雙星和多星系統(tǒng)。
中年
恒星有不同的顏色和大小,。從高熱的藍(lán)色到冷卻的紅色,，從0.5到20個(gè)太陽質(zhì)量。
恒星演化
恒星的亮度和顏色依賴于其表面溫度,，而表面溫度則依賴于恒星的質(zhì)量,。大質(zhì)量的恒星需要比較多的能量來抵抗對(duì)外殼的引力，燃燒氫的速度也快得多,。
恒星形成之后會(huì)落在赫羅圖的主星序的特定點(diǎn)上,。小而冷的紅矮星會(huì)緩慢地燃燒氫，可能在此序列上停留數(shù)千億年,，而大而熱的超巨星會(huì)在僅僅幾百萬年之后就離開主星序,。像太陽這樣的中等恒星會(huì)在此序列上停留一百億年。太陽也位于主星序上,，被認(rèn)為是處于中年期,。在恒星燃燒完核心中的氫之后，就會(huì)離開主星序,。
成熟
在形成幾百萬到幾千億年之后,，恒星會(huì)消耗完核心中的氫。大質(zhì)量的恒星會(huì)比小質(zhì)量的恒星更快消耗完核心的氫,。在消耗完核心中的氫之后,，核心部分的核反應(yīng)會(huì)停止，而留下一個(gè)氦核。
恒星演化
失去了抵抗重力的核反應(yīng)能量之后,，恒星的外殼開始引力坍縮,。核心的溫度和壓力像恒星形成過程中一樣升高，但是是在一個(gè)更高的層次上,。一旦核心的溫度達(dá)到了1億開氏度,，核心就開始進(jìn)行氦聚變，重新通過核聚變產(chǎn)生能量來抵抗引力,。恒星質(zhì)量不足以產(chǎn)生氦聚變的會(huì)釋放熱能,，逐漸冷卻，成為紅矮星,。
積熱的核心會(huì)造成恒星大幅膨脹,，達(dá)到在其主星序階段的數(shù)百倍大小,，成為紅巨星,。紅巨星階段會(huì)持續(xù)數(shù)百萬年，但是大部分紅巨星都是變星,，不如主序星穩(wěn)定,。
恒星的下一步演化再一次由恒星的質(zhì)量決定。
晚年和死亡
低質(zhì)量恒星
低質(zhì)量恒星的演化終點(diǎn)沒有直接觀察到,。宇宙的年齡被認(rèn)為是一百多億年,，不足以使得這些恒星耗盡核心的氫。當(dāng)前的理論都是基于計(jì)算機(jī)模型,。
蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡
一些恒星會(huì)在核心進(jìn)行氦聚變,，產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定和不平衡的反應(yīng)，以及強(qiáng)烈的太陽風(fēng),。在這種情況下,，恒星不會(huì)爆發(fā)產(chǎn)生行星狀星云，而只會(huì)耗盡燃料產(chǎn)生紅矮星,。
但是小于0.5倍太陽質(zhì)量的恒星甚至在氫耗盡之后都不會(huì)在核心產(chǎn)生氦反應(yīng),。像比鄰星這樣的紅矮星的壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)千億年，在核心的反應(yīng)終止之后,，紅矮星在電磁波的紅外線和微波波段逐漸暗淡下去,。
中等質(zhì)量恒星
達(dá)到紅巨星階段時(shí)，0.4到3.4太陽質(zhì)量的恒星的外殼會(huì)向外膨脹,，而核心向內(nèi)壓縮,，產(chǎn)生將氦聚變成碳的核反應(yīng)。聚變會(huì)重新產(chǎn)生能量,，暫時(shí)緩解恒星的死亡過程,。對(duì)于太陽大小的恒星，此過程大約持續(xù)十億年。
氦燃燒對(duì)溫度極其敏感,，造成很大的不穩(wěn)定,。巨大的波動(dòng)會(huì)使得外殼獲得足夠的動(dòng)能脫離恒星，成為行星狀星云,。行星狀星云中心留下的核心會(huì)逐漸冷卻,，成為小而致密的白矮星，通常具有0.6倍太陽質(zhì)量,，但是只有一個(gè)地球大小,。
在重力和電子互斥力平衡時(shí)，白矮星是相對(duì)穩(wěn)定的,。在沒有能量來源的情況下,，恒星在漫長(zhǎng)的歲月中釋放出剩余的能量，逐漸暗淡下去,。最終,，釋放完能量的白矮星會(huì)成為黑矮星，但是目前宇宙的年齡不足以使得這樣的星體存在,。
在同時(shí)形成的雙星或者多星系統(tǒng)中,，恒星際質(zhì)量交流可能改變演化過程。因?yàn)橐徊糠仲|(zhì)量被其他恒星獲得,，系統(tǒng)中質(zhì)量較大的恒星的紅巨星階段演化會(huì)被加速,，而質(zhì)量較小的恒星會(huì)吸收一部分紅巨星的質(zhì)量，在主星序停留更長(zhǎng)時(shí)間,。舉例來說,，天狼星的伴星就是一顆年老的大約一個(gè)太陽質(zhì)量的白矮星，但是天狼星是一顆大約2.3個(gè)太陽質(zhì)量的主序星,。
恒星演化
如果白矮星的質(zhì)量超出錢德拉塞卡極限,，電子互斥力會(huì)不足以抵抗引力，而會(huì)繼續(xù)坍縮下去,。這會(huì)造成恒星向外拋出外殼,，也就是超新星爆發(fā)，標(biāo)記著恒星的死亡,。也就是說,，不會(huì)有大于1.4倍太陽質(zhì)量的白矮星。
如果白矮星和另外一顆恒星組成雙星系統(tǒng),，那么白矮星可能使用來自另外一顆恒星的氫進(jìn)行核反應(yīng)并且將周圍的物質(zhì)加熱拋出,，即使白矮星的質(zhì)量低于1.4倍太陽質(zhì)量。這樣的爆炸稱為新星,。
大質(zhì)量恒星
在超出5倍太陽質(zhì)量的恒星的外殼膨脹成為紅超巨星之后,，其核心開始被重力壓縮,，溫度和密度的上升會(huì)觸發(fā)一系列聚變反應(yīng)。這些聚變反應(yīng)會(huì)生成越來越重的元素,，產(chǎn)生的能量會(huì)暫時(shí)延緩恒星的坍縮,。
最終，聚變逐步到達(dá)元素周期表的下層,，硅開始聚合成鐵,。在這之前，恒星通過這些核聚變獲得能量,，但是鐵不能通過聚變釋放能量,，相反，鐵聚變需要吸收能量,。這會(huì)造成沒有能量來對(duì)抗重力,，而核心幾乎立刻產(chǎn)生坍縮。
恒星演化的下一步演化機(jī)制并不明確,，但是這會(huì)在幾分之一秒內(nèi)造成一次劇烈的超新星爆發(fā),。和輕于鐵的元素同時(shí)被拋出的中微子形成一個(gè)沖擊波，在被拋出的物質(zhì)吸收后,，形成一些比鐵重的放射性元素,，其中最重的是鈾,。沒有超新星爆發(fā)的話,，相對(duì)分子質(zhì)量比鐵大的元素將不會(huì)存在。
恒星演化
中微子沖擊波繼續(xù)將被拋出的物質(zhì)推出,。被拋出的物質(zhì)可能和彗星帶碰撞,，可能形成新的恒星、行星和衛(wèi)星,，或者成為各種各樣的天體,。
現(xiàn)代科學(xué)尚未明確超新星爆發(fā)的機(jī)制，以及恒星殘骸的成分,，但是已知有兩種可能的演化終點(diǎn)：中子星和黑洞,。
中子星
在一些超新星之中，電子被壓入原子核,，和質(zhì)子結(jié)合成為中子,。使得原子核互相排斥的電磁力消失之后，恒星成為一團(tuán)密集的中子,。這樣的恒星被稱為中子星,。
質(zhì)量要求:塌縮的內(nèi)核質(zhì)量超過1.44倍太陽的質(zhì)量,小于3.2倍太陽的質(zhì)量。
中子星的大小不超過一個(gè)大城市,，但是極其致密,。由于大部分角動(dòng)量殘留在恒星中,，它們的自轉(zhuǎn)會(huì)極快，有些甚至達(dá)到每秒鐘600轉(zhuǎn),。恒星的輻射會(huì)被磁場(chǎng)局限在磁軸附近,，而隨恒星旋轉(zhuǎn)。如果磁軸在自轉(zhuǎn)中會(huì)對(duì)準(zhǔn)地球,，那么在地球上每次自轉(zhuǎn)過程中都可能觀測(cè)到一次恒星的輻射,。這樣的中子星被稱為脈沖星，是最早被發(fā)現(xiàn)的中子星,。
黑洞
被廣泛承認(rèn)的是并非所有超新星都會(huì)形成中子星,。如果恒星質(zhì)量足夠大，那么連中子也會(huì)被壓碎,，直到恒星的半徑小于史瓦西半徑,，成為一個(gè)黑洞。
質(zhì)量要求:塌縮的內(nèi)核質(zhì)量超過3.2倍太陽的質(zhì)量,。
斯帝芬·霍金（Stephen Hawking）結(jié)合廣義相對(duì)論和量子力學(xué)預(yù)測(cè)了黑洞的存在,。在多年來天文學(xué)家的努力下，成功觀測(cè)到了行星不明引力場(chǎng)的影響而改變軌跡,，從而可以推論黑洞的存在,。根據(jù)傳統(tǒng)的廣義相對(duì)論，沒有任何物質(zhì)或者信息可以從黑洞中逃出,，但是量子力學(xué)允許一些例外（在特定條件下物質(zhì)發(fā)生"Tunnel"現(xiàn)象,，物質(zhì)能夠通過一條假想的隧道穿過障礙）。黑洞的存在被絕大部分天文學(xué)家支持,。
但是仍有一些問題尚待解決,。當(dāng)前的超新星爆發(fā)理論尚未完善，不能說明是否恒星可能壓縮成為黑洞而不經(jīng)過超新星爆發(fā),，是否有超新星形成的黑洞,，以及恒星的初始質(zhì)量和演化終點(diǎn)的關(guān)系。
原因
20世紀(jì)30年代,，物理學(xué)家從理論上發(fā)現(xiàn),，原子核反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生巨大的能量。用這種理論來研究太陽的能源,，發(fā)現(xiàn)太陽的能源正好可以用核反應(yīng)來解釋,。
各種年齡的恒星內(nèi)部發(fā)生著各種熱核反應(yīng)；恒星演化過程中會(huì)發(fā)生一系列熱核反應(yīng),，輕元素逐漸向重元素轉(zhuǎn)化,，逐漸改變恒星的成分，改變恒星的內(nèi)部狀態(tài),。并且,，發(fā)生這些熱核反應(yīng)所需要的溫度也越來越高,。
恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)所產(chǎn)生的能量以對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種方式傳輸出來,。由于大多數(shù)恒星的物質(zhì)是氣態(tài)的,熱傳導(dǎo)作用不大,只有內(nèi)部極其致密的特殊恒星(例如白矮星),，內(nèi)部熱傳導(dǎo)才比較顯著。大多數(shù)恒星內(nèi)部主要依靠輻射來傳輸核反應(yīng)產(chǎn)生的能量,傳輸?shù)乃俣认喈?dāng)慢,例如太陽把它深達(dá)70萬千米的中心處的能量傳輸?shù)奖砻?需要1000萬年,。對(duì)流傳輸能量的速度比輻射快得多,但是不同質(zhì)量的恒星,對(duì)流層的位置和厚度很不一樣,。主星序左上部的恒星,質(zhì)量大,中心區(qū)是小的對(duì)流核,外面是輻射包層。主星序中下部的恒星,質(zhì)量較小,內(nèi)部輻射層很厚,僅表面有較薄的對(duì)流層,。主星序右下部的恒星,質(zhì)量很小,整個(gè)恒星是對(duì)流的,。 恒星內(nèi)部產(chǎn)生的能量決定了它的表面溫度和光度。
物理定律把恒星內(nèi)部的運(yùn)動(dòng),、能量的產(chǎn)生,、能量的傳遞和消耗與它的溫度、壓力,、密度,、成分等因素聯(lián)系了起來。其中一個(gè)因素的變化會(huì)引起其他因素的變化,。因此,，研究天體的演化就是要在物理定律的制約下,說明各種因素如何協(xié)調(diào)地變化。
按照天體的質(zhì)量和化學(xué)成分,運(yùn)用物理定律,可以計(jì)算出不同時(shí)間的內(nèi)部結(jié)構(gòu),即從恒星中心到表面各層的溫度,、密度,、壓力、能流及恒星輻射的總光度和表面溫度等物理量,從而可以確定恒星在赫羅圖上的位置,；這樣還可以得出恒星的結(jié)構(gòu)與物理參量隨時(shí)間的變化情況,這樣也就得出了恒星演化的過程,也就可以看出恒星在赫羅圖上位置移動(dòng),。這就是研究恒星演化的基本方法,。
把核反應(yīng)理論應(yīng)用于恒星演化,計(jì)算的結(jié)果正好符合觀測(cè)的數(shù)據(jù),證明了這種理論及其應(yīng)用的正確性,。于是，恒星演化理論開始發(fā)展了起來,。
結(jié)果
由于引力的控制,，恒星演化的總趨勢(shì)是密度增大，而質(zhì)量丟失,、碎裂,、不穩(wěn)定或爆炸等現(xiàn)象使其質(zhì)量減小。熱星的演化必定以三種可能的冷態(tài)之一為終結(jié)：白矮星,，中子星,，黑洞。
質(zhì)量小于SM的恒星沿A線移動(dòng),。在離開氫轉(zhuǎn)變成氦的主序段后,，恒星中心的溫度和密度都上升,，直至氦能夠聚合成碳。碳保持沉寂,，恒星最后變成白矮星,。質(zhì)量更大的恒星的演化軌跡是B線，它們中心的碳能燃燒成為鎂,，并最后成為中子星,。軌跡C是最為假設(shè)性的，它可能表示著質(zhì)量在25M以上的恒星,，在經(jīng)過了到生成鐵為止的所有熱核燃燒階段后,，最終成為黑洞。
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