恒星如何形成和演化：恒星生命周期的科学

现在夜空中可见的每颗恒星都以同样的方式开始：作为漂浮在分子云内的冷气体。根据美国航天局科学部门的说法，这些云主要由氢和尘埃组成，温度足够低使气体聚集在一起，并形成密集的区域，其中湍流产生引力不稳定的结。

分子云中的诞生

当分子云内的密集结变得足够大时，它会在自身重力的作用下塌陷。欧洲航天局的教育门户网站将星云——位于星系螺旋臂中的巨大气体云——描述为这一过程的原始材料，指出星云的塌陷可能由外部触发，例如附近的超新星爆炸或云之间的碰撞。

观测站组织Las Cumbres Observatory用一个模型分子云来说明相关的尺度，该云大约跨越1.2光年，温度约为10开尔文（-263摄氏度）——接近绝对零度。当这样的云塌陷时，它开始旋转，展平成一个圆盘，中心有一个密集、加热的核心。

从原恒星到真实的恒星

这个加热的核心被称为原恒星。根据Las Cumbres Observatory的说法，原恒星仅从重力收缩的热量中发光——它在融合意义上还不是一颗恒星。欧洲航天局的教育材料补充说，周围的原恒星盘通过吸积不断向核心供应物质，而这个年轻天体的旋转磁场驱动流出的风和喷流，逐渐清除剩余的气体和尘埃。

原恒星继续收缩和加热，直到其核心温度超过约1000万开尔文。此时，氢核可以融合成氦，释放能量并停止进一步塌陷。美国航天局科学部门和欧洲航天局都将这一时刻——持续氢融合的点燃——确定为原恒星成为主序星的时刻。根据Las Cumbres Observatory的说法，这一前主序收缩阶段的长度取决于质量：高质量原恒星可以在约100万年内塌陷成恒星，太阳般的原恒星大约需要5000万年，而低质量原恒星可能需要超过1亿年。

主序阶段：漫长的、取决于质量的中年阶段

一旦融合开始，恒星进入主序阶段，这是一个稳定阶段，在此期间它将生命的绝大部分用于在其核心中将氢转化为氦。美国航天局科学部门指出，所有恒星大部分生命都以这种方式度过，但这个阶段持续多长时间几乎完全取决于质量：更大质量的恒星燃烧其氢的速度远快于较小的恒星，尽管它们开始时燃料储备更大。

这些数据来自欧洲航天局的恒星演化教育材料，说明了为什么最大质量、最热的恒星也是最短命的：约40个太阳质量的O型恒星在约100万年内耗尽，而质量约为太阳一半的红矮星理论上可以融合氢数百亿年，比宇宙存在的时间还长。

死亡：三种不同的终结

美国航天局科学部门和欧洲航天局一致认为，恒星的质量也决定了它如何死亡。太阳般和较低质量的恒星随着核心中的氢耗尽而膨胀成红巨星，然后以发光气体壳——行星星云——的形式脱落外层，留下一个炽热、极度密集的核心称为白矮星。欧洲航天局描述白矮星的密度达到每立方厘米1000公斤以上，然后在漫长的时间尺度上缓慢冷却。

质量约为8个或更多太阳质量的恒星会遭遇更为暴力的终结。欧洲航天局的材料描述中等质量恒星（约8到20个太阳质量）经历碳、氧、氖、硅和铁的连续融合阶段，然后在第二类超新星中灾难性地塌陷，留下一颗中子星。美国航天局科学部门类似地指出，比太阳大得多的恒星以超新星爆炸结束，将其内部锻造的元素散回太空。

对于最大质量的恒星，欧洲航天局指出，如果塌陷的残留核心超过约3个太阳质量，即使支持中子星的极端压力也无法将其支撑，它会进一步塌陷成黑洞——美国航天局科学部门将其描述为具有"如此强烈的重力，甚至光都无法逃逸"的天体。

循环成新恒星

垂死恒星释放的物质不会消失。美国航天局科学部门指出，超新星中喷出的物质或垂死太阳般恒星脱落的物质返回星际介质，用融合锻造的元素丰富它，并允许新恒星——以及可能的新行星系统——从残留物中形成。这个塌陷、融合和分散的循环是天文学家统称的恒星生命周期。