會發光的天體就是恆星嗎？非也，比如太陽系內的行星，當太陽光照射到行星，因為光的反射原理，而照亮了行星表面，看起來像是在發光，然而，這一類自身並不發光行星並不是恆星。當我們仰望夜空，那一顆顆閃閃發亮的，大多數都是恆星[除了偶爾可見反射太陽光的太陽系系內行星之外]。由此可見，恆星的數量是如此之多。根據現有的科學計算，太陽系所在的銀河系內，約有1500-4000億顆恆星。

在氣候乾燥，空氣塵埃較少的晴朗的夜晚，在地球上用肉眼可以觀看到天空中數千顆恆星閃耀的美景，藉助天文望遠鏡觀可觀測到恆星的數量能達到數萬顆至數百萬顆，甚至有可能觀測到其它星系。

那麼恆星究竟是什麼呢？

恆星

恆星是一顆發光的等離子體，太陽就是一顆恆星。宇宙大爆炸後，隨著星際雲中微小的動盪，致使星雲的物質接觸，星雲中的氫因為引力作用開始聚集，伴隨著時間的推移，星雲質量的增長，在高溫高壓的星雲內部，氫原子核被撕裂，氫原子核重新聚集變為有4個原子量的氦，在核裂變與核聚變的進行之下，星雲開始發熱發光，一顆恆星就這樣誕生了。恆星誕生初期，周圍的氣體塵埃在萬有引力的作用及角動量守恆定律的原理下圍繞著恆星旋轉，形成一個巨大的圓盤，這個盤也叫做原行星盤。原行星盤中的氣體塵埃等物質，在數十萬年至數百萬漫長的時間中激烈的演化，並形成一顆一顆圍繞恆星運轉的行星。新生的恆星在今後的數億，數萬億，甚至數百萬億年間，將會持續的發光發熱，為創造構成生命所需的物質及能量準備著，直至燃料耗盡而終結其壽命。

恆星是氣態天體，由90%以上的氫構成。恆星的壽命及最終的演化結果與恆星本身的質量息息相關。質量越大的恆星，燃料消耗也更多更快，生命週期也相對短暫。接下來，一起來看看不同質量恆星的演化結果吧。

恆星的種類：

矮星

褐矮星

當恆星核心質量小於0.08個太陽質量時，由於質量太小，恆星內的溫度及壓力過低，不能夠支持核聚變條件的，這樣的原始星被稱之為褐矮星。

褐矮星的光譜存在複雜性，且溫度很低，很難被發現。根據表面溫度的不同，根據光譜的不同，褐矮星主要分為M型矮星（2500K-3500K），L型褐矮星（溫度為1200k-2000K）和T型褐矮星（溫度為800K-1200K）。褐矮星的緩慢燃燒持續時間可長達數千億年。

黃矮星的質量在1.0-1.4倍太陽質量，現在的太陽就是黃矮星，隨著內部燃料的消耗殆盡，形成紅巨星後，外層膨脹爆炸之後剩下的內核為白矮星。

紅巨星屬於非主序星。（根據光譜可分別定義為K型、M型、O型、B型、G型、F型、A型，如：紅巨星、超巨星、藍巨星、藍白巨星、黃巨星、黃白巨星、白巨星。在這一星族中還存在很多型的變星，如造父變星、RR型變星、T型星等。）

白矮星

當恆星核心質量小於1.44個太陽質量時，恆星氫聚變反應結束後開始核心的氦聚變，氦在燃燒成為碳跟氧的過程叫做三氦聚變過程，此時的恆星內核開始收縮，外殼向外膨脹，表面溫度大大降低，在數十萬年的時間裡，成為一顆紅色的、體積巨大的星星——紅巨星。

恆星氦聚變結束之後，最終，恆星的中心將會行成為一顆白矮星，根據質量上的差別，整個過程持續時間在數數萬至百萬年不等。白矮星是太陽最終的演化結果。

中子星

當恆星核心質量大於1.44倍太陽質量而小於3.2倍太陽質量，整體為太陽8-15倍質量的恆星燃料耗盡時，其外殼向外膨脹時，內核受反作用力而收縮，在巨大的壓力和高溫條件下，經過一系列複雜的物理變化，整個恆星將以一次極為壯觀的爆炸方式來結束這一演化過程，最終形成一顆密度極高的中子星。這種爆炸演化過程叫做“超新星爆發”。[超新星]

中子星的角動量消耗完之後，將變成不發光的黑矮星。一立方里面的中子星物質重達1億至10億噸。[如果將地球密度壓縮至中子星密度，那麼地球平均半徑僅為22米。]中子星表面溫度高達百萬度，輻射X射線跟Y射線和可見光，磁場極強，約為一億特斯拉。中子星的自轉速度每秒能達到數百轉，在磁極朝向發射束狀無線電波(射電波)，可以看見中子星發出的類似旋轉燈塔的掃射光速，這一現象稱為“燈塔效應”，也叫射電脈衝，這樣的天體也被成為“

脈衝星”，絕大多數的脈衝星都是中子星。

還有一種超級磁場的中子星，其強度可達1000億特斯拉，以X射線及伽瑪射線為主，被稱之“磁星”。磁星能將周圍上千公里內的天體撕碎。

黑洞

當恆星的核心質量超過3.2倍太陽質量，恆星聚變結束，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發生強力爆炸。核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止，中子核心擠壓引力並在無止盡的壓縮過程中被碾為粉末，同時其內部的空間及時間也也被壓縮，剩下來的是一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小，熱量無限大的奇點及一部分不可見的區域構成的天體——黑洞。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速，其時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫。

黑洞無法直接觀測，但可以藉由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。如觀測恆星或一些可被觀測到的天體或物質團的繞行軌跡與繞行時的運行速度來確定黑洞的位置與質量；觀測黑洞的邊緣在吞噬周圍天體時因為高熱而發出的γ射線。

目前發現最大的超質量黑洞，其質量約為8億倍太陽質量。

恆星的演化過程十分漫長跟複雜，其主要演化體大致為以上幾種，根據科學研究還能繼續細分出很多不同類型的演化天體，如奇異星、夸克星、緻密星，暗星等數百種不同類型的星體，在此就不再細化介紹。總之，我們血液中的鐵、骨頭裡的鈣、用金銀鉑打造的戒指、航天飛船用的鈦等等，構成世間萬物及生命的所有元素，都是恆星經過數百萬、數億或數百億年的演化而產生的，而這些有限的資源正在被高速發展的現今世界肆意消耗著。宇宙中的定律之一，能源能量是支持生命的必須元素，小至微觀世界，大至宇宙天體，皆因能量的耗盡而終結。合理有效的開採利用能源才是保障人類文明與宇宙同在的關鍵。

恆星演化參考圖，由丹麥天文學家赫茨普龍及由美國天文學家羅素分別於1911年和1913年各自獨立提出，並繪製的一張根據恆星的光譜類型與光度關係的圖紙，是研究恆星演化的重要工具，所以將兩位天文學家的名字來命名——赫羅圖（H-R diagram或HRD）。赫羅圖的縱軸是光度與絕對星等，而橫軸則是光譜類型及恆星的表面溫度，從左向右遞減。恆星的光譜型通常可大致分為 O.B.A.F.G.K.M 七種，要記住這七個類型有一個簡單的英文口訣"Oh be A Fine Girl/Guy. Kiss Me!"

氫氦燃燒過程：

如：核心溫度是1,000萬攝氏度，氫進行的是質子鏈反應：

41H → 22H + 2e+ + 2νe（4.0 MeV + 1.0 MeV）

21H + 22H → 23He + 2γ (5.5 MeV)

23He → 4He + 21H (12.9 MeV)

這些反應的總體結果是：41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)

此處e+是正電子，γ是伽馬射線的光子，νe是中微子，而H和He各自是氫和氦的同位素，MeV為兆電子伏特。

在質量更大的恆星，氦可以經由碳氮氧循環的反應產生。從0.5至10倍太陽質量的恆星，核心的溫度演化至一億度時，氦可以進行3氦過程，經由中間物質鈹轉換成碳：

4He + 4He + 92 keV → 8*Be

4He + 8*Be + 67 keV → 12*C

12*C → 12C + γ + 7.4 MeV

整體的反應式是：34He → 12C + γ + 7.2 MeV

氖燃燒過程：

在大質量的恆星，更重的元素在核心收縮後可以經由氖燃燒過程和氧燃燒過程產生。恆星核合成的最終階段是硅燃燒過程，結果是產生穩定的同位素鐵-56。而除了經由吸熱過程，核聚變也不能繼續產生新的元素，所以未來只能經由引力坍縮來產生進一步的能量。過程如下：

氖燃燒過程是大質量恆星（至少8MSun）內進行的核融合反應，因為氖燃燒需要高溫和高密度（大約1.2×109 K和4×109千克/米3）在如此的高溫下，光致蛻變成為很重要的作用，有一些氖核會分解，釋放出α粒子：

20Ne + γ → 16O + 4He

這些α粒子可以被回收產生鎂-24

20Ne + 4He → 24Mg + γ

或者，二選一的

20Ne + n → 21Ne + γ

21Ne + 4He → 24Mg + n

此處，在第一階段消耗的中子，在第二階段又再重生了。

碳燃燒過程會將核心所有的碳幾乎都耗盡，產生氧/氖/鎂的核心。核心冷卻會造成重力的再壓縮，使密度增加和溫度上升達到氖燃燒的燃點。

當氖燃燒時，氖會被耗盡使核心只有氧和鎂堆積著。在氖被耗盡的數年之後，核心逐步降溫、已趨於平靜，接著重力將再度擠壓核心，使密度和溫度上升直到氧融合被啟動。

氧燃燒過程：

氧燃燒過程是發生在大質量恆星內的核融合反應，使氧成為更重的元素，它需要1.5×109 K的高溫和1010 千克/米3的高密度才能進行。 主要的反應程序如下：

16O + 16O → 28Si + 4He + 9.594 MeV

→ 31P + 1H + 7.678 MeV

→ 31S + n + 1.500 MeV

→ 30Si + 21H + 0.381 MeV

→ 30P + 2D - 2.409 MeV

或二擇一

16O + 16O → 32S + γ

→ 24Mg + 24He

在氖燃燒，惰性的氧鎂核心已經在恆星中心形成，當氖燃燒結束後，核心會收縮並持續加熱至氧燃燒所需要的溫度和密度。大約6個月至1年的時間核心的氧就會耗盡，堆積出有豐富硅含量的核心。而一旦氧被耗盡，這個核心會因為熱度不夠而呈現惰性，核心開始降溫並觸發再次收縮。收縮會使核心的溫度上升，直到達到硅燃燒的燃點。向外，仍有氧燃燒的殼層，再往外是氖的殼層、碳殼、氦殼和氫殼。

硅燃燒過程：

一顆恆星完成氧燃燒過程後，它核心的主要成分是硅和硫。如果它有足夠的質量，它將會進一步的收縮，直到核心達到27至35億K（230-300電子伏特）。在這樣的溫度，硅和其它的元素可以光致蛻變，發射出一顆質子或是α粒子。硅燃燒引起的氦核作用會將α粒子（相當於一個氦原子核，兩個質子加上兩個中子）添加進原子核內創造出新的元素按以下的順序進行每個步驟：

硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

整個硅燃燒的序列大約只持續了一天，當鎳-56產生時就停止了。這顆恆星不再經由核融合釋放出能量，因為具有56個核子的原子核中的每個核子（不分質子和中子）在所有元素中具有最低的質量。雖然鐵-58和鎳-62的每個核子比鐵-56具有稍高的束縛能，但在α過程的下一步是鋅-60，每個核子的質量以有微量的增加，因此在熱力學上是不利的。鎳-56（有28個質子）的半衰期為6.02天，以β+衰變成為鈷-56（有27個質子），再以77.3天的半衰期蛻變成為鐵-56（有26個質子），但是在大質量恆星的核心內只有幾分鐘的時間可以讓鎳進行衰變。恆星已經耗盡核燃料，並且在幾分鐘內就開始收縮。重力收縮的位能會將核心加熱至5GK（430KeV），雖然這會阻止和延遲收縮，然而因為沒有額外的熱能通過新的核融合生成，收縮迅速的加快只維持幾秒鐘就坍塌了。恆星核心的部分不是被擠壓成為中子星，就是因為質量夠大而成為黑洞。

恆星的外層被吹散，爆炸成為II型超新星，可以閃耀幾天到幾個月。超新星爆炸釋放和噴發出大量的中子，形成如金、銀、銅等，比鐵更重的元素。