恒星的演化过程是怎样的？

上述图片里解释了什么是“光谱光度图”，这是一个天文学家绘制恒星特征的图表。在光谱光度图中，总亮度（称为“光度”或“绝对星等”）相对于恒星的表面温度绘制。当恒星经历其生命周期时，不同时期对应光谱光度图的不同位置。上面的页面里显示了一般恒星和“失败的恒星”在光谱光度图中的生命周期轨迹，如木星。

恒星之初是一团冰冷的气体，对应于光谱光度图的右侧（冷侧）。在自身的引力下，这些气体开始收缩。收缩过程中会逐渐聚合，于是密度和压强就会增大，温度也会升高；达到了临界温度，就会发生氢核聚变，一颗原恒星从此诞生。一颗年轻的恒星表面温度很低。然而，我们通常看不到这些原恒星，因为它们通常被灰尘覆盖，只能发出远红外光谱中的肉眼不可见光，光学望远镜难以探测，寻找原恒星成为红外天文学的重要任务。

当原型恒星在引力作用下继续收缩，它会变得越来越热，在光谱光度图中向左移动。质量不到太阳百分之一“恒星”最终因气体压力而停止收缩。这些恒星被称作“褐矮星”或“巨行星”，就像木星一样。它们不会点燃自身的氢气，相反，会逐渐变暗。这些恒星的生命周期在光谱光度图用向下的曲线表示。

质量大约在0.05至0.07太阳质量之上的恒星在收缩过程中变得越来越热，直到它们的核心足够热以开始燃烧氢气。当一颗恒星“开启”它的氢燃烧阶段时，说明它已达到它生命周期的“主星序”，并且可以算是一颗真正的恒星，而不是原恒星，褐矮星或行星。“主星序”在光谱光度图上以一条曲线表示，代表燃烧氢的恒星，将自身熔化成氦。核心中的融合过程释放热量和光线，保证恒星能抵抗进一步的重力塌缩，并使其发光。恒星生命周期的大部分时间都在“主星序”的一个点上。光谱光度图中，超大质量的恒星位于在“主星序”的顶部，闪耀蓝色且非常明亮的光，而低质量恒星则相对黯淡，发出红色光。我们的太阳介于这两个极端之间。

最终，恒星核中的氢聚合物逐渐耗尽。核心变成大部分氦（氢融合的产物），氢在燃烧中离开核心，在核心周围形成燃烧的壳。这时，核心再次开始塌缩，但是恒星的外部区域被向外推。这颗恒星温度逐渐下降，变得更亮。这是红巨星阶段。当太阳到达红巨星阶段，也就是从现在起约50亿年后，它可能会变大之后吞噬水星，金星和地球。

白矮星被认为是中、低质量恒星演化阶段的最终产物，在我们所属的星系内97%的恒星都属于这一类。中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段，结束以氢融合反应之后，将在核心进行氦融合，将氦燃烧成碳和氧的3氦过程，并膨胀成为一颗红巨星。如果红巨星没有足够的质量产生能够让碳聚变的更高温度，碳和氧就会在核心堆积起来。在散发出外面数层的气体成为行星状星云之后，留下来的只有核心的部分，这个残骸最终将成为白矮星。因此，白矮星通常都由碳和氧组成。但也有可能核心的温度可以达到使碳聚变却仍不足以使氖聚变的高温，这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。同样的，有些由氦组成的白矮星是由联星的质量损失造成的。

白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，因此不再有能量产生，也不再由核聚变的热来抵抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量，通常经由伴星的质量传递，可能经由所知道的碳引爆过程爆炸成为一颗Ia超新星。

白矮星形成时的温度非常高，目前发现最高温的白矮星是行星状星云NGC 2440中心的HD 62166，表面温度约200,000K，但是因为没有能量的来源，因此将会逐渐释放它的热量并且逐渐变冷，这意味着它的辐射会从最初的高色温随着时间逐渐减小并且转变成红色。经过漫长的时间，白矮星的温度将冷却到光度不再能被看见，成为冷的黑矮星。但是，现在的宇宙仍然太年轻（大约137亿岁），即使是最年老的白矮星依然辐射出数千度K的温度，还没有黑矮星的存在。

中等质量恒星演化成的红巨星在主序后的演化分成两个阶段：其惰性的核心是氦的红巨星分支恒星，和惰性的核心是碳的渐近巨星分支恒星。渐近巨星分支的恒星在燃烧氢的壳层之内还有燃烧氦的壳层，而红巨星分支的恒星只有燃烧氢的壳层。无论在哪一种状态，在含氢壳层中加速的燃烧都会立即超越核心，并且导致恒星的膨胀。外层远离核心向外的膨胀，减少了引力对它们的作用，因此它们的膨胀会比能量增加所导致的更快。这会导致恒星表面温度的下降，恒星的外层也会变得比在主序带时的更红。

红巨星阶段是紧接在离开主序带之后的阶段。起初，因为核心内部的压力还不足以平衡重力，红巨星分支恒星的核心会塌缩。这种重力塌缩释放的能量立即加热惰性核心外围的氢壳层，使得同心壳层内的氢继续燃烧。只有几个太阳质量的红巨星，核心会继续塌缩，直到密度足以使电子的简并压力抗拒重力时才会停止塌缩。一旦出现这种情况，核心便达到流体静力平衡：电子的简并压力就足以平衡重力的压力。核心的引力压缩着紧贴在核心外的氢壳层，会使氢燃烧的速率比相同质量的主序星更为快速。这反而使恒星更为明亮（亮度可以增加1,000-10,000倍）并且膨胀；膨胀的程度超过光度的增加，造成有效温度的下降。

对于质量超大的恒星，超过5-10倍的太阳质量，将多次膨胀和塌缩成巨星支（分支），直到恒星准备燃烧铁。但铁融合不释放能量;反而吸收热。所以恒星会在其巨星支阶段继续碰撞，它的铁芯会继续塌缩和加热直到铁准备融合。但是当融合开始时，它会极快的吸收周围的所有热量，使核心变冷。所有的融合戛然而止，恒星内爆。这次内爆是宇宙中最大的爆炸之一：超新星。在一段时间内，单个超新星可以比整个星系更亮。在超新星之后，根据原始恒星的质量，核心可能会留下白矮星，中子星或黑洞。

因此，根据其质量，恒星在行星状星云或超新星中终结其生命，其核心将作为一个高密度的物体留下：白矮星，中子星或黑洞。

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