恒星类型指南，从尘埃诞生到暴力消亡

在晴朗无月的夜晚，你也许能看到上空成千上万颗星星像宝石一样闪闪发光。但敏锐的眼睛会注意到它们并不都长得一样。有些星星比其他星星更亮，有些则呈现出暖红色。

天文学家已经在宇宙中发现了几种不同类型的恒星，从小型棕矮星到红超巨星，种类繁多。处于生命巅峰的恒星被称为主序恒星，通常根据其温度进行分类。科罗拉多学院物理学助理教授娜塔莉·戈斯内尔解释说，由于大多数恒星的温度无法直接测量，天文学家需要观察另一个信号：温度。这主要是通过恒星发出的光的颜色推断出来的，这反映在许多恒星类型的名称中。

但每个类别都是相互关联的。恒星在其一生中会经历各种不同的阶段，其演变过程由其原始质量和恒星体内发生的反应决定。

一开始……

所有恒星都是由尘埃和气体云形成的，当湍流将足够多的物质推到一起，在重力的作用下形成一个整体。当这团物质向内坍缩时，它开始旋转。中间的物质升温，形成一个致密的核心，即原恒星。当恒星旋转时，重力会将更多的物质吸引到正在发育的恒星上，使其变得越来越大。其中一些物质最终可能会在围绕新恒星的轨道上形成行星、小行星和彗星。

只要物质仍向内坍缩，恒星体就会保持原恒星阶段，并且物体可以生长。这个过程可能需要数十万年。

恒星形成过程中聚集的质量决定了恒星生命的最终轨迹，以及它在整个存在过程中会变成什么类型​​的恒星。

原恒星、婴儿恒星——以及失败

随着原恒星聚集越来越多的气体和尘埃，其旋转的核心变得越来越热。一旦它积累了足够的质量并达到数百万度的温度，核聚变就会在核心中开始。一颗恒星诞生了。

为了实现这一目标，原恒星的质量必须达到太阳质量的 0.08 倍以上。如果质量低于这一标准，原恒星将无法获得足够的引力来引发核聚变。

这些失败的恒星被称为棕矮星，它们会一直保持这种状态，并逐渐冷却，没有核聚变来释放新的能量。尽管有棕矮星这个名字，但由于温度较低，它们的颜色可能是橙色、红色或黑色。它们往往比木星略大，但密度要大得多。

获得足够质量成为恒星的原恒星有时会经历一个过渡阶段。在约 1000 万年的时间里，这些年轻恒星在重力压力下坍缩，导致其核心升温并引发核聚变。

在这个阶段，恒星可以分为两类：如果它的质量是太阳的两倍，它被认为是金牛座 T 型恒星。如果它的质量是太阳的两到八倍，它就是赫比格 Ae/Be 型恒星。质量最大的恒星会跳过这个早期阶段，因为它们收缩得太快了。

一旦质量足够大的恒星开始进行核聚变，平衡过程就开始了。引力仍然对新生恒星施加向内的力，但核聚变会向外释放能量。只要这些力相互平衡，恒星就处于主序列阶段。

为主序恒星提供燃料

主序星可以持续存在数百万至数十亿年，是宇宙中绝大多数恒星，也是我们在黑暗晴朗的夜晚可以肉眼看见的恒星。这些恒星燃烧氢气作为核聚变的燃料。在恒星核心的超热条件下，氢发生碰撞并融合，产生能量。这一过程会产生形成氦的反应所需的化学成分。

质量决定了物体在主序列阶段会成为哪种类型的恒星。恒星的质量越大，向内推核心的引力就越强，因此恒星的温度就越高。热量越多，核聚变就越快，从而产生更大的向外压力来抵抗向内的引力。这会使恒星看起来更亮、更大、更热、更蓝。

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许多主序星也常被称为“矮”星。它们的光度、颜色和大小范围很大，从太阳质量的十分之一到 200 倍不等。最大的恒星是蓝色恒星，它们特别热和明亮。中间是黄色恒星，包括我们的太阳。稍小的是橙色恒星，最小、最冷的恒星是红色恒星。

最热的恒星是 O 型星，表面温度超过 25,000 开尔文。其次是 B 型星（10,000 至 25,000K）、A 型星（7,500 至 10,000K）、F 型星（6,000 至 7,500K）、G 型星（5,000 至 6,000K——我们的太阳，表面温度约为 5,800K，就是其中之一）、K 型星（3,500 至 5,000K）和 M 型星（低于 3,500K）。

打破平衡，孕育巨星

当恒星耗尽燃料时，其核心会收缩，温度会进一步升高。这会使剩余的氢聚变速度更快：它会产生额外的能量，这些能量向外辐射，更有力地抵抗向内的引力，导致恒星外层膨胀。

随着这些层扩散，它们会冷却下来，使恒星看起来更红。结果要么是红巨星，要么是红超巨星，这取决于它是低质量恒星（小于 8 个太阳质量）还是高质量恒星（大于 8 个太阳质量）。这个阶段通常持续约 10 亿年。

有些红巨星看起来更偏橙色而非红色，肉眼就可以看到，例如南十字星座（又称南十字星）中的十字星γ。

低质量恒星的死亡和来世

恒星的死亡方式各不相同，具体取决于它们的质量。对于低质量恒星，一旦所有氢几乎耗尽，核心就会进一步收缩，温度会更高。它会变得非常灼热，以至于恒星甚至可以融合氦——因为氦是一种比氢重的元素，所以核聚变需要更多的热量和压力。

当红巨星燃烧掉氦气，产生碳和其他元素时，它就会变得不稳定，开始脉动。它的外层被抛出，吹进星际介质中。最终，当所有这些层都脱落后，剩下的就只有小而热、致密的核心。这个裸露的残余物被称为白矮星。

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白矮星大小与地球相当，但质量是地球的数十万倍，它不再产生新的热量。数十亿年来，它逐渐冷却，发出从蓝白色到红色的光。这些致密的恒星残骸太暗，肉眼无法看到，但有些可以用望远镜在南天星座苍蝇座看到。位于北天星座双鱼座的范马南星也是一颗白矮星。

大质量恒星的爆炸性死亡

质量为太阳八倍的恒星通常遵循类似的模式，至少在这一阶段的开始阶段是如此。当恒星的氦气不足时，它会收缩并升温，从而将产生的碳转化为氧气。这个过程在氧气上重复，将其转化为氖，然后将氖转化为硅，最后转化为铁。当没有燃料用于这一聚变序列，并且这些反应不再向外释放能量时，向内的引力很快就会占上风。

一秒钟之内，恒星外层向内塌陷。核心塌陷然后反弹，向恒星其余部分发出冲击波：这就是超新星。

恒星超新星爆发后的生命有两种路径。如果恒星在主序列阶段的质量是太阳的 8 到 20 倍，它将留下一个超致密的核心，称为中子星。中子星的直径甚至比白矮星还要小，大约相当于纽约市的长度，但质量却比我们的太阳还要大。

但对于质量最大的恒星来说，残余核心将在自身引力的压力下继续坍缩。结果就是形成黑洞，其体积可以小到一个原子，但质量却与超大质量恒星相当。

并非所有明星都适合归类

从原恒星到白矮星、中子星或黑洞的演化过程看似简单。但戈斯内尔表示，仔细观察可能会发现意想不到的惊喜。欧洲航天局的全球天体测量干涉仪天体物理学任务正在绘制我们银河系所有恒星的详细 3D 地图，并揭示了许多这样的奇特恒星。

一个例子是双星或多星系统中的恒星从伴星上吸积质量。由于需要燃烧所有额外质量，它看起来比实际年龄更年轻，看起来更蓝更亮。戈斯内尔说，这种恒星被称为蓝离散星，因为它似乎“落后于预期的演化”。

戈斯内尔说，另一种奇怪的恒星是亚亚巨星。这些恒星也存在于双星系统中，它们正在从主序列过渡到红巨星分支，尽管它们仍然较暗。她说，这种亚巨星“具有非常活跃的磁场，表面有许多星斑”。 “因此，当星斑在视野中旋转时，你会看到这些磁场非常活跃、视觉上充满活力的恒星。”

她补充说，正在进行的 ESA 任务正在用“更细致的梳子”检查恒星——这可能会揭示一直存在的恒星的真正多样性和复杂性。随着这些任务“层层剥开”，戈斯内尔说，“我们开始看到真正有趣的故事出现，挑战这些类别的界限。”