恆星的誕生、演化和衰亡，是一個漫長、複雜的過程，也是宇宙中最重要的事件，這是一個宏大的問題。即使是簡單的歸納，也需要一本書的篇幅才能大致說明這個過程。

所以先推薦一本科普書籍：德國天體物理學家魯道夫·基彭哈恩撰寫的《千億個太陽》，此書生動的描述了當代人類知識對恆星漫長一生的認識，特別是恆星在能源耗盡之後如何演變的問題。

如果說宇宙的居民是星系，星系的居民就是恆星，恆星的居民就是行星，而我們非常幸運的成為行星地球的居民，並且進化到能去探究恆星演化程序的程度。

有一個重要的天文學圖表有助於我們瞭解恆星的演化過程，就是赫羅圖。

將恆星的表面溫度和光度作為座標軸，將所有得到這兩個資料的恆星標定在座標中，就能發現恆星演化的秘密就在其中。

赫羅圖中越靠左邊說明溫度越高，越靠上邊輻射的能量越強。比如說一顆位於右上角的恆星輻射出的光度很高，但是表面溫度卻很低，說明它必然有很大的表面積，一定會是一顆很大的恆星，分佈在這一區域的恆星我們稱之為紅巨星或者紅超巨星。

大部分恆星位於赫羅圖中從右下到左上的主序分佈帶上，主序星的光度與其質量成正比，這個規律稱為質光關係。左上角的主序星既亮輻射又強，說明它們大且溫度高，屬於藍巨星或者藍超巨星。右下角的主序星溫度與光度都很低，說明它們是既小又冷的恆星甚至是一些沒有凝聚出足夠質量的矮恆星。

主序上的恆星越往左上角壽命越短，越往右下角壽命越長。

恆星誕生自星雲，主要是由氫和氦元素組成，氫和氦是構成宇宙中各種大尺度結構的基礎材料，自宇宙之始它們就存在了。星雲氣體中原子或分子之間的萬有引力，使物質產生緊縮傾向，通常氣體壓力的增加會抵消這種聚集，但是如果有足夠多的物質被壓縮，引力作用就會比氣體壓力增長的更快，氣體雲就會開始緊縮，這種趨勢一旦開始，就會擾亂廣域氣體雲的平衡狀態，形成更多質量不等的物質團，所以在一片星雲中新生恆星常常是批量出現的。

新生的恆星依質量大小的不同，會經歷壽命差異很大的主序星階段。

從上圖可以看出，如果新生恆星是一顆接近太陽質量的中低質量恆星，會經歷漫長的主序星階段，保持較長時間的穩定輸出，時間跨度從幾十億、幾百億甚至上千億年，直到內部大部分氫元素聚變成氦元素，在中心形成一個主要由氦元素構成的核心，此時氫聚變發生在氦核與氫殼的過渡區域。

氦核尚未啟動聚變前，引力佔據優勢開始急速收縮，此時恆星會越來越亮，外圍氫元素為主的球殼溫度升高並開始膨脹，開始進入紅巨星階段。

當氦核壓縮的越來越緊密，溫度達到1億K時，核心的氦將開始聚變為碳和氧，氦核聚變阻止了核心的收縮，氦聚變產生碳和氧，形成新的核心，這個過程中，白矮星逐漸形成。

外圍的氦元素繼續聚變。但是氦核的聚變並不像氫那麼穩定，使得恆星的氣體外殼反覆的收縮、膨脹，並將外殼物質逐漸拋入太空，形成上圖中展示的行星狀星雲。

殘留的恆星核心物質在巨大的壓力之下，使電子脫離原子核，自由電子會佔據原子核之間的空隙，使單位空間內物質的密度大大提高。一般把物質的這種狀態叫做電子簡併態。簡併電子壓力與重力取得平衡，成為一顆白矮星並保持穩定。

碳核不再聚變發熱，白矮星會逐漸冷卻，最終成為死寂的黑矮星。但是這個過程將會非常漫長，以宇宙目前的年齡，尚沒有一顆白矮星冷卻成真正的黑矮星。有新聞說發現包含巨量鑽石（碳結晶）的星體就是這種正在逐漸死寂的白矮星。

如果這顆白矮星有伴星，隨著伴星也進入紅巨星階段，白矮星可能會透過吸積盤不斷竊取伴星的外圍物質，堆積的物質可能會引發聚變閃耀，使得這顆恆星成為蒭藁增二型的變星。如果這顆伴星發展成另一顆白矮星，再假如經過無數年後兩顆白矮星最終合併碰撞，結果會產生一顆中子星甚至黑洞。

大質量恆星有另一種演變方式。那些超過太陽質量10倍的主序星，它們很年輕，它們也衰老的很快，氫原料正被大量揮霍，在主序上呆不了多長時間。已觀測到的一些藍巨星產生的時候地球上已經有靈長類了。它們會在很短時間內發展成紅超巨星階段，開始將氦加工成碳，碳繼續轉化為更重的原子核，這一系列重元素的核反應都釋放能量，但是這些過程的產能一個不如一個，它們必須一個比一個更快的推進，以維持恆星的輻射功率不減，越來越複雜的原子核接踵而生，直到鐵元素的產生。

宇宙無法從鐵元素中提取能量，因為比鐵重的元素可以裂變產生能量，比鐵氫的元素可以聚變產生能量，唯獨鐵元素無法提取核能。打碎鐵元素的原子核以融成更重的元素，這個過程不但不產生能量，反而需要耗費能量，所以恆星這個聚變反應堆到鐵元素就停止工作了。

當恆星中心區成為氣態鐵組成的球體時，如果這個球體的質量達到錢德拉塞卡極限，即太陽質量的1.44倍時，鐵原子核會捕獲電子，使鐵核心的密度逐漸提高，半徑隨著質量的增加縮小，當引力大大超過氣體壓力時，氣態鐵球就會開始坍陷坍縮。這個壓縮過程會持續到基本粒子被充分擠壓，所有的質子和電子都合併成為中子，最終只剩下中子物質。這相當於將太陽的質量壓縮到只有幾十公里大的球體中，每立方厘米包含的中子物質有幾十億噸重，這顆恆星就變成了中子星。

這個過程就是大質量恆星的鐵心災變。這種事件釋放的驚人能量可能把該恆星的外殼物質以巨大的速度拋向宇宙空間，在我們看來就是恆星爆炸了，煙雲四散，當中留下一顆中子星。至此，這顆恆星以超新星爆發的形式結束它的一生。

地球上自然界中所有的化學元素，除了氫與氦，比鐵輕的元素都是在紅巨星階段從恆星核心以聚變方式製造的，比鐵重的元素都是在鐵心災變中產生的。這些元素被超新星爆發拋射出來，我們的太陽系就是在一顆前超新星遺蹟中再次凝聚出來的。

如果這顆恆星鐵心災變爆發後，剩餘的中子簡併態物質總質量超過太陽的2.16倍（這個極限被稱為奧本海默極限），巨大的質量產生的引力使其迅猛坍縮，此時中子物質不能再被壓縮成新的物質了，任何密度的物質也都無法抗衡引力坍縮，這一天體將陷入永久坍縮。當天體被壓縮到比它的史瓦西半徑更小的時候，這種天體發射的光量子都落回了表面，光線也無法逃逸出來，從此不會有任何介質能將史瓦西半徑之內的資訊傳遞出來，於是就成了一顆黑洞。

這個我之前回答過，恆星的演化分很多階段，請慢慢看完。

恆星是由引力凝聚在一起的一顆球型發光等離子體，太陽就是最接近地球的恆星。在地球的夜晚可以看見的其他恆星，幾乎全都在銀河系內，但由於距離遙遠，這些恆星看似只是固定的發光點。也就是我們所說的星星，就是由引力凝聚氣體會發光的才是恆星。 恆星的形成有多個步驟，在宇宙中充滿均勻的中性原子氣體雲，大體積氣體雲由於自身的引力不穩定造成塌縮。這樣恆星便進入形成階段。在塌縮開始階段，氣體雲內部壓力很微小，物質在自引力作用下加速向中心墜落。當物質的線度收縮了幾個數量級後，情況就不同了，一方面，氣體的密度有了劇烈的增加，另一方面，由於失去的引力位能部分的轉化成熱能，氣體溫度也有了很大的增加，氣體的壓力正比於它的密度與溫度的乘積，因而在塌縮過程中，壓力增長更快，這樣，在氣體內部很快形成一個足以與自引力相抗衡的壓力場，這壓力場最後制止引力塌縮，從而建立起一個新的力學平衡位形，稱之為 星坯。如此下去在一定的條件下，大塊氣雲收縮為一個凝聚體成為原恆星，原恆星吸附周圍氣雲後繼續收縮，表面溫度不變，中心溫度不斷升高，引起溫度、密度和氣體成分的各種核反應。產生熱能使氣溫升的極高，氣體壓力抵抗引力使原恆星穩定下來成為恆星。這只是恆星形成的主序階段。

主序後的演化由於恆星形成是它的主要成份是氫，而氫的點火溫度又比其他元素都低，所以恆星演化的第一階段總是氫的燃燒階段，即主序階段。在主序階段，恆星內部維持著穩衡的壓力分佈和表面溫度分佈，所以在整個漫長的階段，它的光度和表面溫度都只有很小的變化。而恆星在燃燒盡星核區的氫之後，就熄火，這時核心區主要是氦，它是燃燒的產物，外圍區的物質主要是未經燃燒的氫，核心熄火後恆星失去了輻射的能源，它便要引力收縮是一個起關鍵作用的因素。一個核燃燒階段的結束，表明恆星內各處溫度都已低於在該處引起點火所需要的溫度，引力收縮將使恆星內各處的溫度升高，這實際上是尋找下一次核點火所需要的溫度，引力收縮將使恆星內各處的溫度全面的升高，主序後的引力收縮首先點著的不是核心區的氦（它的點火溫度高的太多），而是核心與外圍之間的氫殼，氫殼點火後，核心區處於高溫狀態，而仍沒核能源，它將繼續收縮。這時，由於核心區釋放的引力位能和燃燒中的氫所釋放的核能，都需要透過外圍不燃燒的氫層必須劇烈地膨脹，即讓介質輻射變得更透明，來排出多餘的熱能來維持熱平衡。而氫層膨脹又使恆星的表面溫度降低了，所以這是一個光度增加、半徑增加、而表面變冷的過程，這個過程是恆星從主星序向紅巨星過渡，過程進行到一定程度，氫區中心的溫度將達到氦點火的溫度，於是又過渡到一個新階段--氦燃燒階段。

在恆星中心發生氦點火前，引力收縮以使它的密度達到一定量級，這時氣體的壓力對溫度的依賴很弱，那麼核反應釋放的能量將使溫度升高，而溫度升高反過來又加劇核反應速率，於是一旦點火，很快就會燃燒的十分劇烈，以至於爆炸，這種方式的點火稱為“氦閃光”，因此在現象上會看到恆星光度突然上升到很大，後來又降的很低。另一方面，當引力收縮時它的密度達不到一定量級，此時氣體的壓力正比於溫度，點火溫度升高導致壓力升高，核燃燒區就會有所膨脹，而膨脹導致溫度降低，因此燃燒就能穩定的進行，所以這兩種點火情況對演化程序的影響是不同的。

氦閃光使大量能量的釋放很可能把恆星外層的氫氣都吹走，剩下的是氦的核心區。氦核心區因膨脹而減小了密度，以後氦就有可能在其中正常的燃燒了。氦燃燒的產物是碳，在氦熄火後恆星將有一個碳核心區氦外殼，由於剩下的質量太小引力收縮已不能達到碳的點火溫度，於是它會因不能到達下一級和點火溫度而結束它的核燃燒階段。

最後對於質量更大的恆星，它將在核心區耗盡燃料之後結束它的核燃燒階段，小質量的恆星，起先會膨脹，在這個階段的恆星我們稱之（紅、藍、白）巨星，然後會塌縮，變成白矮星或藍矮星，輻射、喪失能量，成為紅矮星，再成為黑矮星，最終消失。 大質量的恆星，最終會成為中子星或 黑洞，中子星最終喪失能量，形成黑矮星。而黑洞會向外射粒子，或許會變成白洞，或許會完全蒸發。

我是一名職業天文科普老師，我來為你生動詳細的介紹一下。

首先來說一下一個人的一生是什麼樣子，大概是：受精卵→胚胎→嬰兒→幼兒→兒童→少年→青年→成年→老年→死亡，這幾個階段，恆星的一生演化過程大概也是這樣的：星雲→分子云→球狀體→原恆星→年輕的恆星→青壯年恆星→老年恆星→衰老和死亡。

現代的研究表明，一顆恆星最終可能演化成三種形態，分別是白矮星，中子星和黑洞，至於會變成哪一種，取決於其質量。如果質量小於1.44倍太陽，就會變為白矮星；如果在1.44和2倍太陽質量之間，就會變為中子星；如果超過兩倍太陽，就會變成黑洞。

恆星演化伴隨著恆星的整個生命週期。依據恆星的質量，它的壽命從幾百萬年(最大質量)到萬億年(最小質量)。所有的恆星都誕生於氣體和塵埃雲的塌縮，通常被稱為星雲或分子云。在數百萬年的過程中，這些原恆星慢慢穩定到平衡狀態，成為主序星。之後的演化主要依賴於恆星的質量和元素丰度。

恆星在一生的演化中總是試圖處於穩定狀態（流體靜力學平衡和熱平衡）。當恆星無法產生足夠多的能量時，它們就無法維持熱平衡和流體靜力學平衡，於是開始演化。

恆星的一生就是一部和引力鬥爭的歷史！

不同質量恆星的壽命

恆星的一生

不同質量恆星的演化方式

1. 低質量(2.25倍太陽質量以下)恆星的演化

低質量恆星的一生

2. 較高質量(>=2.25太陽質量)恆星演化

與低質量恆星演化的主要區別

恆星內部的H燃燒透過CNO迴圈進行，內部溫度更高，輻射壓對維 持恆星的力學平衡起更大的作用，主序壽命更短。

He核不再是簡併的，C和更重元素的燃燒可以進行。

核心區核反應產生的能量主要以對流的方式向外傳遞。

2.1 中等質量恆星演化（下圖黃線）

2.2 高質量恆星演化

演化表現 ：

O型星→藍超巨星→黃超巨星→紅超巨星→超新星

恆星內部物理過程：

核心H枯竭→殼層H燃燒

→核心He燃燒→核心He枯竭

→殼層He和H燃燒

→核心C燃燒→核心C枯竭

→殼層C、He和H燃燒

→O, Ne, Si燃燒 …→Fe核

隨著核心核反應的進行，最終會形成洋蔥狀的結構，當核心的Fe核不斷積累，核心核反應終止，伴隨著猛烈的核塌縮。達到一定條件將發生II型超新星爆發→最終生成中子星。

2.3 特大質量恆星演化

演化過程

O型星→藍超巨星→（紅超巨星）→WR星→Ib/Ic型超新星 + 中子 星/黑洞

特大質量恆星的一生

不同質量的恆星的命運

恆星分很多種，那麼我就來聊一聊我們最熟悉的太陽吧

太陽的誕生： 大約46億年前，星際雲飄散在宇宙空間中，穩定且平衡，星際雲的主要物質是氫，宇宙中最簡單也是豐富度最多的物質。在星際雲附近，一顆大質量恆星走到了生命的盡頭，由於內部能量消耗殆盡，巨大的引力，將整個星體迅速拉向中心，將中心物質壓成了中子狀態，形成了中子星。外層物質遭到了中子星反彈，形成了超新星爆發，這一次爆發的能量之巨大無法想象，超新星爆發引起原來星際雲的濃度差。星際雲向著密度較濃的部分坍縮聚合，氫物質不斷地聚合升溫，當聚集的氫物質溫度達到一億攝氏度時，一個奇蹟被點亮了。 而科學家們據此推出了我們的太陽，極有可能是一顆二代恆星。

1.太陽的內部結構由內到外可分為核心，輻射層，對流層。

2.大氣結構由內到外分為光球層，色球層，日冕層。

現在我們都知道，太陽的主要能源來源於其核心的核聚變，但是在核心處的核聚變反應卻是十分緩慢的進行著。中學時我們便學過，太陽距離地球1.5億千米，太陽所產生的光，大約需要8分20秒，到達我們的地球表面，然而我們所看到的光子，其實早在十幾萬年前就已經誕生了。由於太陽十分巨大其質量也非常巨大，用牛頓老師的話來說引力與其質量成正比，因而內部所產生的光子被強大的引力束縛著以及各種粒子阻礙著，從核心到太陽表面，經歷了十幾萬年的波折，終於散發了出來，照耀整個太陽系。 這種緩慢且持續的控制，我們稱之為引力控制。

太陽會在有些時候反應過於劇烈，內部熱壓上升，導致太陽膨脹，密度下降，密度下降帶動太陽劇烈反應減弱進而減緩了反應速度，熱壓下降，太陽收縮，密度升高，進而又加劇了反應。內部的熱壓與外部的引力壓，彼此平衡，這種微妙的核反應控制是太陽平穩幾十億年的奧秘。