21.5 恒星的演化
由炽热气体组成的、凭借内部核反应而能够自己发光的天体称为恒星。银河系就包含约2000 亿颗恒星，太阳只是其中的普通一员。
恒星有其诞生、稳定和衰亡的演化过程，这一过程大约要持续几十亿甚至上百亿年。在恒星的形成和演化中，万有引力起着至关重要的作用。
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大爆炸后约10 亿年，宇宙中充满了以氢原子和氦原子组成的星际气体。星际气体透明、极度稀薄，在宇宙大尺度范围内基本均匀，然而也存在一些局部区域的密度涨落。如果某区域的气体密度稍高于周围其他区域，那么这一区域就会因引力稍强而吸引更多的物质到这里，使该区域的密度、温度变得更高一些。经过漫长岁月的演化，随着密度的增加，氢原子结合成H2 分子，产生出巨大的星际分子云。
当星际分子云内部出现密度更高的部分时，在引力作用下，它会把周围物质吸引过来，这些物质旋转着向中心聚集，不断收缩，于是中心出现了一个核，核周围则形成旋转的气体圆盘。至此，一颗恒星的诞生条件已经具备。随着引力收缩的进行，核心的温度、压力、密度持续增高，H2 分子重新分解为氢原子。当核心温度达到1×10^7℃（1000 万摄氏度）时，氢聚变为氦的热核反应点燃，一颗耀眼的恒星自此诞生。
恒星自诞生起，其中心就进行着熊熊的氢聚变反应，每4 个氢原子核（即质子）聚变成一个氦原子核。氢聚变反应放出的巨大核能向恒星外部猛烈冲击，阻止了引力收缩，从而维持了内部压力与引力的平衡，使恒星在这一过程中保持稳定。这一过程稳定而漫长，约占恒星整个核燃烧时长的99%，这一阶段的恒星被称为主序星。我们的太阳就处于主序星阶段，它每秒钟都会失去4.3×10^6t（430 万吨）的质量（6 亿吨氢聚变为5.957 亿吨氦），即便如此，它也至少可以燃烧100 亿年。今天的太阳已走过了其生命历程的一半。
当恒星中心的氢全部聚变为氦后，大小不同的恒星接下来会沿着不同的方向演化：
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（1）质量比太阳质量的一半还小的恒星，由于中心温度和密度达不206 从量子到宇宙到点燃氦聚变反应的程度，将直接由主序星演化为白矮星。白矮星颜色呈白色，体积很小，多数比地球还小，但密度相当大，每立方米可达几百万吨到上亿吨之巨。
（2）质量比太阳的一半大、但比8 个太阳质量小的恒星，将由主序星首先演化为红巨星，然后演化为白矮星。
这类恒星中心的氢全部聚变为氦后，中心能量剧减，辐射压力不足以与引力抗衡。因此，有着氦核和氢外壳的恒星中心又开始引力收缩，温度、压强、密度随之升高，于是外壳的氢被点燃并猛烈膨胀，恒星的体积变得十分巨大并发出明亮的红光。处于这种状态的恒星被称为红巨星。50 亿年后，太阳将变为红巨星，到那时，它的光亮度将增至如今的100 倍，体积会膨胀100 万倍以上，整个地球都会被膨胀的太阳所吞噬。当恒星中心区收缩到约1 亿摄氏度的高温时，中心的氦被点燃，发生氦聚变反应，氦原子会聚变成碳原子和氧原子：
于是恒星又进入了一个新的核燃烧阶段。
质量小于8 个太阳质量的恒星在经历了红巨星阶段后，外层物质被大量抛洒到宇宙中形成星云，留下的核心质量小于1.44 倍太阳质量，此核心会继续收缩，但它的引力还不足以引发碳元素的核聚变，所以最后会变成一颗碳?氧型白矮星。
（3）对于大于8 个太阳质量的恒星，在经历红巨星阶段后会发生超新星爆发，把大部分物质抛洒到太空，最后剩下的核心变为中子星或黑洞。
如果恒星质量足够大，氦燃尽后，引力收缩又会使中心区的碳被点燃发生碳聚变，生成氧、氖、钠、镁、硅等较重元素。如此，新的核燃烧会一个接一个地进行：碳之后，氧燃烧，然后是硅、镁等，直到恒星中心区大部分是铁核时，核聚变反应终止。铁是核物质中最稳定的元素，它不会聚变，因此中心铁核不再产生热能，这样，恒星会因为核心失去支撑而极速坍缩，于是发生剧烈的核爆炸，称为超新星爆发。
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超新星爆发是宇宙中最剧烈的爆炸，大恒星这种炫丽的死亡方式所释放的能量超过太阳在100 亿年中放出的能量总和的100 倍。如此巨大的能量会在一瞬间聚变出宇宙中所有的元素，这些元素就成为生命诞生的原材料。超新星爆炸喷发出的星尘在宇宙中飘荡，我们的星球和我们的身体都由这些星尘组成。可以说，生命产生的代价是昂贵的，它需要一颗大恒星壮烈的牺牲。
超新星爆发后恒星的中心残骸质量大于1.44 倍太阳质量，巨大的压力会把电子挤压到原子核里与质子形成中子。最后形成的稳定天体就是中子星。中子星几乎就是把中子一个个紧挨着排列而成的巨大原子核。中子星的密度可达每立方厘米1×10^9t（10 亿吨）。中子星的质量上限为3.2 倍太阳质量。
如果超新星爆发后恒星的中心残骸质量大于3.2 倍太阳质量，那么中子也无法抵挡引力坍缩，这时天体就会坍缩为黑洞。之所以称为黑洞是因为任何物质和辐射，包括光，在如此强大的引力作用下都不能逃离该天体，外部观测者无法观测到它。
以上就是恒星的生命过程，壮丽而多变。恒星的能量来自核能，但宇宙中还有一种叫类星体的类似恒星的天体，其辐射功率（光度）可达恒星的10^10~10^15 倍，而且其辐射功率可以在一天之内增加一倍，其能量显然不可能来自核能。它们的能量到底从何而来，至今仍是个谜。
