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)量減小（在圖中向左移動(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。
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)量非常小（小于一個(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。
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。
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。
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。
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。
