恒星的质量不同，它们演化的速度和途径也不同。恒星质量越大，内部压力和温度越高，达到氢核聚变所需要的温度的中心区也就越大。因而参加核反应的物质多，产生的能量大，所以质量大的星亮度大、温度高。比太阳质量大3倍左右的星便成为高光度的蓝星，出现在赫罗图的左上角。相反比太阳质量小的星，参加核反应的中心区小，产生的能量小，因而亮度小、温度低，成为低光度的红星，出现在赫罗图的右下角，按照质量从大到小的顺序，这一阶段的恒星在赫罗图上分布在从左上角到右下角的一条直线上，这就是主星序。所以我们把这一阶段叫做主序阶段。
太阳目前正处在主序阶段，它在赫罗图上处在主星序。的中部。
因为恒星里氢是最丰富的元素，氢核聚变反应可以在很长时间中提供能量，保持恒星强烈的辐射，所以恒星在这一平衡时期停留时间很长，像太阳这样的恒星，在主序阶段停留时间反而比较短。比太阳大10倍的星，氢消耗快，在这阶段停留只有几千万年；相反质量只有太阳几分之一的恒星，在主序阶段要停留上万亿年。
不管怎样，恒星在主序阶段比其他阶段停留的时间都长，所以我们看到的主序星多，可以说大多数恒星都是主序星。
恒星中心部分，核反应进行得最快，中心部分的氢逐渐转化为氦。在中心部分的氢全部转化为氦以后，氢聚变反应停止，于是，恒星中心部分失去了足以和引力相抗衡的内部压力，就要在引力作用下收缩。收缩的结果，温度和密度都要增高。当它达到上亿度的时候，围绕着中心区的中介层达到氢反应的温度，在这一层剩余的氢就开始发生核反应。中介层的氢聚变反应会迅速向外层转移，推动外层膨胀，使恒星的体积增大几千倍以上。表面积增大了，可是辐射能的增加赶不上表面积的增加，所以恒星表面的温度降低。同时由于表面积增大，恒星的总光度仍然增加，于是恒星在赫罗图上向右上方移动，而成为温度低、颜色红和体积大、光度高的红巨星。由主序星向红巨星转化所用的时间相对来说是很短的。
这时候，恒星中心部分的温度超过1亿度，密度超过每立方厘米10万克，氦就开始发生核反应。3个氦原子核转化为1个碳原子核，再度提供极大的能量，使内部压力增高。这样，恒星又比较稳定起来。像太阳这样的恒星要在红巨阶段停留10亿年左右。
经过了红巨星阶段以后，恒星便进入了它的晚年期。
晚期恒星在赫罗图上离开红巨星向左移动，在这一时期恒星的一个重要特点便是不稳定。不稳定状态首先表现为脉动——它的大小和亮度发生周期性的变化。我们观测到的造父变星和天琴座胍型星就是处在这种状态的脉动变星；再往后就要进入爆发阶段，爆发抛射出来的物质在星的周围形成一个庞大的气壳或气环，看起来好像是星云一样，然而仍然具有恒星的亮度。我们观测到天空中有一些所谓行星状星云，就是这样形成的。
氦反应完了以后，又会发生类似前面的增温过程。温度达到6亿度的时候，碳开始发生核反应，结果是转化成氧和镁等元素。碳反应期大约只有1万年。碳消耗完了以后，在m亿度的时候，氧反应核反应转化成氖、硫等元素。氧反应期就更短了，几乎只有1年左右。这些反应一个接一个地进行，每一种元素都转化成比它重的元素，直到最后温度达到40亿度，全部转化成为最稳定的元素铁。剩余的核能在1000秒里面就用完，达到60亿度的高温，发生极强的中微子(一种不带电的基本粒子，质量极小极小)辐射，把大批能量带走。恒星的向心引力失去了它的平衡力，坍缩不可避免地就要到来，恒星的晚年就这样结束了。
恒星的归宿
核反应结束了，引力成为主要的矛盾方面，于是收缩成为恒星的主要趋势，恒星进入了它的衰亡期。
恒星怎样衰亡，它的归宿怎样，同它本身的质量有很大的关系。
质量小的恒星衰亡是平静的。在太阳质量1.3倍以下的恒星，结局都是白矮星。
这种恒星在引力作用下向中心收缩，体积变小，密度增高。它的半径最后缩到甚至只有四五百千米，大部分比地球都要小，有的比月亮还小得多，而它们的密度却达到水的几万倍，甚至上亿倍。
收缩到这种程度，新的平衡就到来了。我们知道物质的原子中间是带正电的原子核，核外是带负电的电子。按照物理定律，正电荷和负电荷相斥，因此电子是不能互相过于靠近的。在密度相当高的时候，电子之间有一种类似于压力排斥作用，这种作用终于抵抗了引力收缩而趋于平衡，这时它的温度虽然很高，但是因为体积很小，光度也就很弱，所以它出现在赫罗图左下角上。
不同质量的星走向白矮星的道路是不一样的。
比太阳质量一半还小的星，在氢聚变结束以后，由于质量小，中心温度和密度不能达到氦反应所需要的程度，所以它们不经过红巨星阶段，而直接就变成白矮星。
质量是太阳的0.5～1.3倍的恒星，或原来质量在太阳的3倍以下经过爆发抛射剩下的，在这个莅围的恒星，才经过红巨星、脉动、爆发等过程成为白矮星。
质量比太阳大3倍以上的恒星，它们的衰亡要经过激烈的转变。
这是恒星演化中最有趣的过程之一。
由于它们质量大，引力作用强，在这种情况下，恒星一旦核反应结束，向心的引力失去它的平衡力，不再是缓慢的收缩，而是迅猛异常的坍缩。
剧烈的坍缩使核心部分压缩到密度极高的状态，同时又向外发出强烈的冲击波，使外层物质猛然向星际空间抛射，这就是超新星爆发。
超新星爆发的时候亮度急增几千万倍以至上亿倍以上，经过几个月时间慢慢变暗下来。剧烈爆发把很大一部分恒星物质抛射到周围的空间中，成为弥漫星云。公元1054年(宋至和元年)我国天文学家发现，并且详细记载了一颗超新星的爆发。根据当时所记载的位置，正和我们现在看到金牛星座时的着名蟹状星云的位置相合，这个星云至今还在以很快的速度向外散开，从它散开的速度推算，它最初从中心向外散开，正相当于我国史书上所记载的观测到这颗超新星爆发的年代，所以现在天文学家认为，蟹状星云就是这颗超新星抛射出来的物质形成的。
超新星爆发使恒星完全瓦解，是使天体由凝聚的星态转化为弥散气态这一质变的转折点。
超新星爆发以后，中心部分留下的残骸也发生了质变，不再是普通的恒星了。
核心部分在坍缩造成的巨大压力下，压缩成为超高密度的状态，密度高达水的百万亿倍，相当于原子核的密度。在这种情况下，原子里原来的核外电子几乎全部被挤到原子核里去，和原来的核里的质子结合成中子，这时候恒星的全部物质就都是中子，恒星便成为中子星。由于密度大，中子间的距离小，也产生一种排斥作用，能够同引力相对抗，于是坍缩停止。
按照角动量守恒的原理，物体体积缩小的时候，转动惯性减小，角速度要加快，中子星在收缩中，自转也加快了。一般恒星自转比较慢，比如太阳，大约每27天自转一周。中子星由于高度压缩，缩小到半径只有10千米左右，它的自转速度相应地加快每秒几周到几十周。
同时，由于收缩，磁力线越来越紧密，磁场因而大大加强。中子星的磁场很强，比太阳磁场要强上万亿倍。密度高，体积小，磁场强，自转快，是中子星的突出特点。
中子星的结构和物理性质是十分特殊的。从中子星中心到半径大约8千米范围里，几乎全是由中子构成的没有内摩擦的超流体；在8千米到10千米的外层，温度虽然高达上亿度，但是由于高密度物质的熔点极高，这层物质仍然在熔点以下，所以形成一个坚硬的固态的外壳。
本世纪30年代，科学家根据原子核理论，曾经预言了应该有这样一种中子星存在，但是长时间没有在天空找到它。直到1967年，射电望远镜发现了周期性辐射脉冲电磁波的脉冲星，证明它就是中子星，中子星的存在才得到了观测的验证。
如果恒星的质量超过太阳3倍以上，经过超新星爆发抛射物质以后，剩余的质量仍然大于两个太阳质量的话，那么坍缩的结果就是比中子星密度更高的天体。这是因为这种恒星的向心引力实在太大，中子间的排斥作用也不再能抵抗住引力，天体会继续收缩，不断走向更高的密度，更小的体积和更强的引力。
这时候，天空将要出现十分有趣的情况。
天体上的任何物体，如果要脱离这个天体，飞离到太空中去，就必须具备足够大的速度来克服引力作用。按照万有引力定律，这个脱离速度等于2GMIR，G是万有引力常数，M和R是天体的质量和半径。要发射一枚脱离地球飞向其他行星的火箭，”所需要的速度就是用这个公式计算出来的。从这个公式可以看出，天体质量越大，半径越小，物体脱离它所需要的速度也就越大。
可以想象，对于质量比太阳还大、半径却只有10来千米的中子星和比中子星密度更高的天体，物体要脱离它的速度必定是极高的。在引力极强的情况下，这个速度要用广义相对论代替万有引力定律来推算。对于坍缩的残骸超过两个太阳质量的天体，经过计算，物体从它表面逃走的速度必须超过光速；也就是说，比光速慢的物体都不能脱离这种天体，然而根据相对论，任何物体的速度都不能超过光速；因此在这种天体上，任何物体都逃不出来，即使是光，也发射不出来了。
这种天体既发不出光来，而且一切东西只能进去不能出来，因此人们把它叫做黑洞。乍一看来，黑洞是不可思议的，它既不发光，我们怎么能感知它的存在呢？但是，它仍然有引力，仍然能和其他天体相互作用，因此有可能通过它对其他天体的影响而发现它的存在。
天文学家正在积极搜寻黑洞，但到目前为止还没有正式证实发现黑洞。黑洞和中子星是在30年代理论上共同的预言，60年代观测证实了中子星的存在，于是大大鼓舞了人们寻找黑洞的积极性。近几年来，黑洞的搜寻工作已经有一些线索了。
恒星演化简图
总结恒星一生的历史，我们可以画出它的演化流程：
这就是恒星从生到死的发展过程。
值得注意的是，超新星爆发以后，相当多的物质重新转化为星际物质，这表面上看来是简单的循环，但是实际上经过一系列核反应以及超新星爆发，比较轻的元素已经合成了重元素，因此在从星际物质形成恒星，而又重返星际物质的时候，重元素的成分就增高了，所以这个过程不是简单的循环和重复，而是新的条件下出现形式上相同、实质上不同的一个发展阶段，是一个否定之否定的辨证发展过程。
恒星演化的研究是从赫罗图开始的。现在我们回过头来再看看赫罗图，首先我们来看一个像太阳这样的恒星在赫罗图上的演化途径，如图所示。
在这张图上，圆圈的大小表示恒星的大小，乍看起来，这张图似乎和原来观测到的图并不一致，它的演化路径并不是观测得到的赫罗图上的某一序列，但是我们应该注意，这里的恒星演化路径是对于一个恒星画出的。把各种不同的星都画上去，情形就不同了。初始质量不同的星，在赫罗图上的途径和进程是不一样的。更重要的是，某一种星，在某一阶段也就是赫罗图上某一区域停留时间越长，我们看到这一区域的星便越多。这就像在展览馆里，人们总是在那些大家感兴趣的展品附近停留时间长，前进速度慢，正是在这些地方人最多，不就是这个道理吗？如果我们画出各种不同初始质量恒星的演化路径，并且用线的粗细来表示停留时间的长短，也就是这种星出现的多少，再来观看这幅图的全局，那正是根据观测得到的赫罗图的样子，所以恒星演化理论完全符合观测的结果。
恒星演化理论是建立在现代物理学的坚实的理论基础之上的科学结果，它的发展是十分迅速的。在30年代，原子核反应理论的建立就已经突破了难关。但是由于它需要进行大量的数值计算，在理论体系形成以后，有一段时间，劳动是繁重艰苦的，进展是困难缓慢的。只是到了50年代和60年代，快速电子计算机的出现，大大加速了它的发展，现在恒星演化理论已经发展成为成熟的理论。
同太阳系起源和演化的研究相比，恒星演化理论的发展迅速而且顺利得多。为什么竟然对于遥远的恒星比我们自己所在的太阳系的认识反倒更快得多呢？最根本的一条就是，太阳系只有一个，而恒星却有千千万万。我们可以同时观测到处在不同演化阶段的恒星，看到恒星一生的全过程，空间的广阔弥补了时间的短暂！
不过，恒星演化的探讨并没有完结。恒星自转和内部物质对流对恒星演化细节的影响还需要仔细考虑；密近双星间的物质交流演化进程有什么作用还在研究之中；红巨星以后的晚期过程还只是描绘了一个粗糙的轮廓，细节的计算需要用未来的更大型的电子计算机才能完成；黑洞仍在寻找之中，而且近20年来，射电天文学和空间天文学的兴起，使各种新类型的天体不断涌现，必然要提出许多的新问题，对于这些新问题的研究，将更大地丰富我们对于恒星演化的知识。
红色的巨星心宿二
夏天晴朗的夜晚；我们坐在院子里乘凉，抬头仰望天空，可以看到银河由北向南蜿蜒。银河南段有一个很大的星座一天蝎座。天蝎星座由很多明亮的星星组成一只大蝎子的图样。
