在一个晴朗无月的夜晚，您可能会看到数千颗星星像宝石一样在头顶闪烁。但仔细观察会发现，它们并非都长得一样。有些比其他恒星更亮，有些则呈现温暖的红色。
天文学家已经识别出宇宙中几种不同类型的恒星，从渺小的棕矮星到红巨星，种类繁多。处于生命鼎盛时期的恒星，被称为主序星，通常根据其温度进行分类。科罗拉多学院物理学助理教授 Natalie Gosnell 解释说，由于大多数恒星的温度无法直接测量，因此天文学家需要寻找另一个信号：温度。这很大程度上是通过恒星发出的光的颜色来推断的，这也体现在了许多恒星类型的名称中。
然而，每个类别都是相互关联的。恒星在其生命周期中会经历不同的称谓，这种演变由其原始质量和其内部翻腾的恒星体中发生的反应决定。
最初……
所有恒星都形成于尘埃和气体云中，当湍流将足够多的物质推到一起时，引力将其压缩成一个整体。当这个团块向内坍缩时，它就开始旋转。中心的物质会升温，形成一个被称为原恒星的致密核心。随着恒星的旋转，引力会将更多的物质吸引到正在形成的恒星周围，使其越来越大。这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。
只要还有物质不断向内坍缩，并且天体能够增长，它就会一直处于原恒星阶段。这个过程可能需要数十万年。
在恒星形成过程中聚集的质量决定了恒星最终的生命轨迹——以及它在其存在期间会变成哪些类型的恒星。
原恒星、幼恒星——以及失败者
随着原恒星聚集越来越多的气体和尘埃，其旋转的核心会变得越来越热。一旦它聚集了足够的质量并达到数百万度，核心就会开始核聚变。一颗恒星就此诞生。
要实现这一点，原恒星必须聚集比我们太阳重 0.08 倍以上的质量。质量稍小，原恒星就无法产生足够的引力压力来触发核聚变。
这些失败的恒星被称为棕矮星，它们在其一生中都保持着这种状态，由于没有核聚变来释放新的能量，它们会逐渐冷却。尽管名为棕矮星，但由于温度较低，它们可能呈现橙色、红色甚至黑色。它们通常比木星稍大，但密度大得多。
那些确实能够聚集足够质量变成恒星的原恒星，有时会经历一个过渡阶段。在大约一千万年的时间里，这些年轻的恒星会在引力的压力下坍缩，导致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，它就被认为是 T Tauri 恒星。如果它的质量是太阳的二到八倍，它就是 Herbig Ae/Be 恒星。质量最大的恒星会跳过这个早期阶段，因为它们坍缩得太快了。
一旦质量足够大的恒星开始进行核聚变，一个平衡就开始了。引力仍然对新生恒星施加向内的力，但核聚变会释放出向外的能量。只要这两种力相互平衡，恒星就处于其主序阶段。
主序星的燃料
主序星可以持续数百万到数十亿年，是宇宙中绝大多数的恒星——也是我们在黑暗、晴朗的夜晚用肉眼可以看到的恒星。这些恒星将氢气作为核聚变的燃料。在恒星核心的超高温条件下，碰撞的氢原子聚变成氦，产生能量。这个过程会产生化学成分，用于生成氦的反应。
质量决定了天体在主序阶段会成为哪种类型的恒星。恒星的质量越大，向内挤压核心的引力就越强，因此恒星的温度就越高。温度越高，聚变就越快，产生的向外压力就越大，对抗向内的引力。这使得恒星看起来更亮、更大、更热、更蓝。
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许多主序星也被称为“矮星”。它们的亮度、颜色和大小差异很大，质量是从太阳的十分之一到 200 倍不等。最大的恒星是蓝星，它们特别热和亮。中间是黄星，包括我们的太阳。比黄星稍小的是橙星，而最小、最冷的恒星是红星。
温度最高的恒星是 O 型星，表面温度超过 25,000 开尔文。然后是 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 5,800K 属于此类）、K 型星（3,500 至 5,000K）和 M 型星（低于 3,500K）。
失衡导致巨星的诞生
当恒星的燃料耗尽时，其核心会收缩并升温得更高。这使得剩余的氢气聚变得更快：它产生额外的能量，向外辐射，并更强有力地对抗引力的向内力，导致恒星的外层膨胀。
随着这些层向外扩散，它们会冷却，这使得恒星看起来更红。结果是红巨星或红超巨星，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）。这个阶段通常持续到约十亿年。
一些红巨星比红色更偏橙色，肉眼可见，例如南十字星座（也称为南十字座）中的伽马十字星。
低质量恒星的死亡与余生
恒星的死亡方式非常不同，具体取决于它们的质量。对于低质量恒星，一旦几乎所有的氢都耗尽，核心会进一步收缩，变得更热。它会变得如此炽热，以至于恒星甚至可以聚变氦——因为氦比氢重，聚变需要更高的温度和压力。
当红巨星烧尽氦，产生碳和其他元素时，它会变得不稳定并开始脉动。它的外层被喷射出来，吹入星际介质。最终，当所有这些层都被剥离后，剩下的只是小而热、致密的核心。这个裸露的残骸被称为白矮星。
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白矮星的体积与地球相当，但质量却是地球的数十万倍。它不再自行产生新的热量。它会在数十亿年里逐渐冷却，发出从蓝白色到红色的光。这些致密的恒星残骸太暗淡，肉眼无法看见，但一些可以在南半球的 Musca 星座中使用望远镜观测到。北半球 Pisces 星座的 Van Maanen 恒星也是一颗白矮星。
高质量恒星的爆炸性死亡
质量是太阳八倍的恒星通常遵循类似的模式，至少在这个阶段的初期是这样。当恒星的氦耗尽时，它会收缩并升温，这使其能够将产生的碳转化为氧。这个过程会随着氧继续进行，将其转化为氖，然后将氖转化为硅，最后转化为铁。当这个聚变序列没有燃料时，并且这些反应不再向外释放能量时，引力的向内力就会迅速获胜。
在一秒钟内，恒星的外层向内坍缩。核心坍缩然后反弹，将一个冲击波发送穿过恒星的其余部分：超新星。
超新星爆发后，恒星的生命会走向两条道路之一。如果恒星在其主序阶段的质量在太阳的八到二十倍之间，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小，大约相当于纽约市的长度，并且包含比我们的太阳更多的质量。
但对于质量最大的恒星来说，那个残余的核心会在自身引力的压力下继续坍缩。结果是黑洞，它可以小到原子大小，但包含超大质量恒星的质量。
并非所有恒星都符合严格的分类
从原恒星到白矮星、中子星或黑洞的演变过程可能看起来很简单。但 Gosnell 说，仔细观察可能会带来惊喜。欧洲空间局的天体测量干涉仪（Gaia）任务正在创建一个详细的 3D 星系星图，它一直在揭示许多这些怪异的恒星。
其中一个例子是双星或多星系统中从伴星吸积物质的恒星。由于有额外的质量可以燃烧，它看起来可能比实际年龄年轻，表现得更蓝、更亮。Gosnell 说，这被称为蓝离散星（blue straggler star），因为它们似乎“落后于预期的演变”。
Gosnell 说，另一种奇特的恒星类型是亚巨星（sub-subgiant）。这些恒星也存在于双星系统中，并且正在从主序星向红巨星分支过渡，尽管它们保持较暗。这种亚巨星“具有非常活跃的磁场，表面有很多星斑，”她说。“所以当你看到这些磁场活跃、视觉上动态变化的恒星，星斑转进转出时，就能感受到它们的活力。”
她补充说，欧洲空间局的这项持续任务正在以“更精细的梳子”审视恒星——这可能会揭示自古以来一直存在的恒星的真正多样性和复杂性。Gosnell 说，随着这些任务“层层剥开”，我们开始看到真正有趣的故事浮现，挑战着这些分类的边界。
