中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段，结束氢聚变反应之后，将在核心进行氦聚变，将氦聚变成碳和氧，并膨胀成为一颗红巨星。当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力而强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。经过几百万年，氦核燃烧殆尽，恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混合物，而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其它元素。与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡。恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。当恒星的不稳定状态达到极限后，红巨星会进行爆发，把核心以外的物质都抛离恒星本体，物质向外扩散成为星云，残留下来的内核就是白矮星。白矮星通常都由碳和氧组成，核心的温度也有可能达到燃烧碳却仍不足以燃烧氖的温度，这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。

白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应，因此恒星不再有能量产生。这时它也不再由核聚变的热来抵抗引力崩溃，而是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量，有时经由伴星的质量传递，白矮星可能经由碳引爆过程而形成超新星。

白矮星形成时的温度非常高，但因缺乏能量来源，它逐渐释放热量并逐渐变冷，辐射逐渐减小并转变成红色。经过漫长的时间，白矮星将进一步冷却而成为黑矮星。白矮星往往会成为触发下一个恒星的触发星体，因此在宇宙中很难发现黑矮星。如果白矮星不能成为一个更大恒星的触发星体，那么物质循环将不可逆，宇宙中会散布黑矮星。

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