在对遥远星体的探索中，科学家们普遍认为，包括我们的太阳在内的大多数恒星，都是通过类似的过程——巨大星云的引力塌缩而诞生的。这些星云的直径可能只有数光年，但其巨大的质量足以孕育出比太阳更为庞大的恒星。
值得注意的是，巨大的星云往往不是单独形成一颗恒星，而是会孕育出多颗，例如，我们熟悉的天狼星、阿尔戈尔、卡佩拉、半人马座阿尔法星和卡斯特星等，都是成对出现的双星，围绕一个共同的质量中心旋转。
此外，科学家们还发现了许多由大量年轻恒星组成的巨大星团，它们可能在相同的时间内，由一个巨大的气体云块形成。比如，在较小的星群昴宿星中，就有六颗非常明亮的年轻恒星，它们肉眼可见。
通过望远镜的观测，我们得知昴宿星实际包含了上百颗恒星。这样的团体被称为疏散星团，其中有些距离我们足够近，可以通过较好的双筒望远镜来观察它们的壮观景象。像太阳系这样的单星系统，在宇宙中其实并不多见。
那么，恒星的寿命究竟与什么相关呢？
一个新生的原恒星，会通过引力塌缩获取能量。当核聚变开始，它会进入主序，位置取决于亮度和温度，成为一颗零龄主序星。主序星已经在能量产生和能量释放之间实现了稳定平衡，不再受到引力塌缩的影响。但一颗恒星能在主序上维持稳定多久呢？
关于质量与光度的关系，像天狼星这样的A型恒星，质量是太阳的两倍，因此氢的储量也相应加倍。尽管如此，天狼星的寿命却比太阳短，因为它的辐射速度是太阳的两倍还多。原因在于，能量产生速率的提高意味着温度更高——记住，辐射速度取决于温度（根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律）。
一般来说，主序上的恒星，光度L与质量的立方成正比；而恒星的寿命t则与质量的平方成反比。
因此，质量为太阳两倍的恒星，其寿命应为太阳的四分之一。最重的恒星可能拥有50倍太阳质量，预期寿命仅为太阳的1/2500。反之，质量为太阳0.1倍的恒星的寿命将是太阳的100倍。
不同初始质量恒星在赫兹普朗-罗素图上的演化轨迹。从主序演化开始，直到聚变停止（对大质量恒星而言）或红巨星分支结束（对小质量恒星而言）。
所以，银河系中年老的、微小的、昏暗的恒星比那些巨大、炙热、明亮的恒星要更为常见，这一点也不足为奇。
太阳大小的小恒星如何走向终点？
当主序恒星耗尽其主要燃料——氢时，接下来发生的一切取决于核心的压力和温度，这又与恒星的质量相关。首先，我们来看看太阳般大小的恒星的命运。然后，我们再探讨更为巨大的恒星。
首先，氢聚变在核心中心停止，随后核心开始冷却。但核心外围是一个富含氢的区域，核聚变在这里继续进行。随着内核的冷却，其压力下降，重力赢得了长期的坍缩战。向内移动的热氢聚变壳层，随着重力势能的减少，温度进一步上升。
于是，红巨星诞生。
随着壳层内核聚变速度加快，释放出更强的辐射，恒星外层的温度实际上变得更高。这是对流区，它会随着温度上升而膨胀。事实上，它膨胀得如此巨大，以至于它的外表面，由于温度降低，形成了一个巨大的光球，在这一点上，像太阳这样的恒星会膨胀到甚至能触及地球的轨道。
而今，光球的温度是3000度，低于主要的氢燃烧时期的6000度。但是由于表面积的增加，更多的能量被释放出来，恒星变得更加明亮——它的亮度增加了千倍。这个恒星现在成为了一颗红巨星。
然而，即使是红巨星，也不会永远存在。
故事并未结束。核心继续在引力作用下塌缩，温度持续上升。它的密度也变得极大，所有的粒子都极为接近。大部分的氢已经耗尽，留下的主要是氦和自由电子。
当核心足够热时，另一种核聚变过程就开始了：氦通过三重阿尔法过程转化为碳。两个氦-4核首先结合形成铍-8；然后它与另一个氦-4核结合形成碳-12。
在这一超致密核心中，新启动的能量产生过程开始得异常迅速，仅需几分钟，并可能产生足够的能量来加热附近的富含氦的层。这可能引发爆炸性的反应，红巨星外层的物质可能被爆炸性地吹散——持续数十年的“超级风”。然后，当它冷却时，恒星再次稳定下来。大约每隔几千年，这种“氦闪”就会再次出现。像这样的恒星看起来是脉动的，它的大小和亮度随着时间而变化。
年老的红巨星可能会变成行星状星云。
这个时间尺度非常长，无法通过观测来验证。这一理论被用来解释我们所观察到的行星状星云。它们被误称为“行星”，因为早期使用小型望远镜观测的人们认为它们是行星。当红巨星喷射出足够多的物质，炽热的超密核心暴露在视野中时，行星状星云就形成了。它照亮了环绕它的膨胀气体外壳。
致密的碳核心由于温度不足以进行更多的核聚变反应，现在变成了一颗白矮星。随着时间的流逝，它逐渐冷却，最终成为一颗看不见的黑矮星。
而质量大于太阳的恒星，其命运又如何？
在像太阳这样的普通小恒星中，三α反应将是最终章。当所有的氦转化为碳时，恒星的温度太低，无法触发进一步的核聚变反应，也没有足够的重力势能来通过进一步的坍缩来提升温度。
但质量更大的恒星可以继续产生更重的原子核并获得能量。例如，一个碳-12原子核可能与一个质子结合，生成氮的同位素，开始一个序列，这个序列又经过氧-15回到碳-12，然后是氦原子核。又有四个氢原子核参与其中，在氦-4中变成两个中子和两个质子。对于比太阳更为炽热的恒星来说，这是主要的能量来源。随着时间的流逝，可能会发生进一步的产能反应，导致像铁一样重的原子核的形成。重于铁的原子核是在超新星爆炸中形成的。
这个理论在地球上实验室的实验中得到了支持，它相当精确地预测了在恒星大气中检测到的元素的比例。
质量为五个太阳的恒星的命运。
一个质量相当于五个太阳的主序星，是一颗灿烂的星体，其尺寸和温度均超越我们的太阳。它以氢聚变为氦的方式获取能量，这一过程比简易的PP链更快。其核心温度是太阳的两倍还多——高达3.4×10⁷开尔文。如此一颗星辰每秒钟辐射的能量是太阳的五百倍，如前文所述，它们在主序阶段的存续时间相对较短。在这一阶段，其寿命约为四亿年，而太阳则能持续百亿年。
当核心区域全转化为氦之后，它会在重力作用下收缩，而氢元素则开始向内层塌陷，在固态氦核的周边形成一个燃烧着氢的外层。这一过程释放出巨大能量，但星体的外层开始膨胀，因此能量辐射的范围也随之增大。从而导致其表面温度实际上降低了，星体并非变得更为耀眼，反倒是亮度有所下降，将演变为红巨星。
在重力的持续作用下，核心进一步收缩，变得愈发炽热。氦核通过碳的三α过程转化为碳：⁴He +⁴He +⁴He→¹⁴C。这种额外的能量阻止了星体完全膨胀为红巨星，其表面温度也随之上升。这一过程提供的能量大约可维持一千万年。
当核心所有的氦都转化为碳后，能量产生便停止了。但围绕核心外围的壳层可能继续燃烧，星体可能再次膨胀成为红巨星。燃烧的外层有时能提供足够的能量以驱散较冷的部分，使得星体亮度增加。接下来的进程存在两种可能性：
Q1...可能蜕变为暗弱的黑矮星......
星体在恒星风的作用下不断失去质量，静寂地演变为白矮星，主要由碳构成，质量约为太阳质量的1.3到1.5倍。在这样的质量下，核心内的粒子聚集得极为紧密，以至于重力已无法使其进一步缩小。这时，电子的简并压开始发挥作用（粒子彼此排斥）。在无能量输出的情况下，核心逐渐冷却，最终形成黑矮星。
Q2....或者以超新星的形式终结？
亦或者，星体的质量仍旧足够大，其外层并未蜕化。星体仍可通过重力收缩获取能量，这使得碳核心能够变得足够炽热以促使碳燃烧。核心实际上如同固态的碳，原子核与电子紧密相靠。
在大约相当于1.4个太阳质量的整个核心区域，碳核几乎在瞬间转变为更大的核。在短短几毫秒内释放的能量是惊人的：其辐射能量等同于一个拥有百亿颗星体的星系所释放的总能量。我们目睹了天空中一颗异常明亮的新星——超新星的出现。这是属于ⅠA型的超新星，这种情况通常仅在质量相对较低的星体作为双星系统的一部分时才会发生，其中星体可以通过吸积获取足以引发爆炸的额外质量。
星体的外层以极高的速度被喷射出去——速度之快甚至可达10的7次方米每秒。超新星在大约四十天后达到其可见度的顶峰，此时炙热的物质已经扩散至太阳系的大小。
在普通的星系中，大约每五十年就会出现一次超新星爆发。这种情况最近并未在离我们较近的地方发生，因此我们还无法利用现代技术进行近距离观察这一壮观的天体现象。而最为人所熟知的超新星遗迹之一便是蟹状星云。
蟹状星云是一个与1054年超新星有关的脉冲星风星云
1054年发生的超新星爆发曾被古代的天文学家记录下来，他们恭敬地将其称为“客串明星”。
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