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星云中出现足够转速和足够质量的星体或星体集合提供引力核。吸积过程就会开始并持续进行。由于引力的控制，恒星演化的总趋势是密度增大，而质量丢失、碎裂、不稳定或爆炸等现象使其质量减小。由于单一恒星之演化通常长达数十亿年，人类不可能完整观测，目前主要以计算机模型模拟恒星的演变。

一般而言，恒星的演化可分为四个阶段：主要由恒星引力收缩提供能量的主序前阶段、由恒星核心处的氢到氦的核聚变反应提供能量的主序阶段、待恒星核心处的氢消耗殆尽后的由氦碳或更重元素的核聚变提供能量的主序后阶段，以及以及不再发生任何核聚变的冷态天体发展阶段。

恒星的演化开始于巨分子云。一个星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子，但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量，直径为50到300光年。有着足够大的质量与转速的引力核开始累积物质并将其拉向这个区域的中心。这种吸积过程漫长而持久，往往可以持续几百万年甚至数百亿年之久。随着收缩过程的进行，分子云的引力势能转化为热能，云内气体的密度和温度不断上升。当原恒星云接近达到流体静力学平衡的稳定条件时，便会在其核心处形成原恒星。原恒星不断吸积周围的星际尘埃和气体，一旦成为主序前星，能够在可见光波段被观测到，此时，恒星已经获得了其几乎所有的质量，但还没有开始氢的核聚变反应。随后恒星在引力的作用下继续收缩，其内部温度上升，直到在零龄主序列上开始氢的核聚变。通过使用恒星光谱对表面引力进行测量，可以从经验上区分主序前星和主序星。与具有相同质量的主序星相比，主序前星的半径更大，因此具有较低的表面引力。尽管在光学上可见，但由于引力收缩的时间远低于氢核聚变的持续时间，与主序星相比，主序前星的数量相对比较稀少。

当主序前星收缩至一定程度时，其致密核心处的氢将在高温高压条件下聚变为氦，释放大量能量。一旦核心处的氢核聚变反应能够提供全部的恒星辐射能时，恒星演化便进入主序阶段，刚进入此阶段的恒星被称为零龄主序星。主序星核心区域的温度和密度处于维持恒星能量产生所需的水平，能量产生的减少会导致覆盖的质量压缩核心，从而导致更高的核心温度和压力，加快聚变速度。同样，能量产生的增加会导致恒星膨胀，从而降低核心的压力。因此，恒星在流体静力学平衡中形成了一个在其主序阶段稳定的自我调节系统。主序星在主序列中的位置主要由它的质量决定，但也取决于它的化学成分和年龄。主序星氢核聚变的过程主要有两种，相应的能量产生速率取决于核心的温度。根据恒星的能量产生由何种过程所主导，天文学家们通常将主序带分为上下两段。约为1.5倍太阳质量以下的主序星，其核心处的氢核聚变过程主要通过质子-质子链反应进行。超过这一质量的主序星位于主序带的上段，其具有足够高的核心温度，可以有效地利用CNO循环来进行反应，这一过程使用碳、氮和氧作为氢转变为氦的中间体。低于0.08倍太阳质量的原恒星不会点燃正常的氢核聚变反应，其被称为褐矮星，属于次恒星天体。

几乎所有的恒星在其有生之年的绝大部分时间里都处在主序阶段，其间恒星核心处氦的比例和核聚变速度将稳步增加，恒星的温度和光度也将缓慢增长。恒星在主序阶段持续的时间主要取决于它所拥有的燃料量和它进行核聚变反应的速度。大质量恒星消耗燃料的速度非常快，且只能燃烧自身一部分质量的氢，因而寿命很短。低质量恒星消耗燃料的速度非常缓慢，且能够利用更高比例的氢进行核聚变反应，这使得低质量恒星可以在主序阶段停留很久，对于最极端的红矮星(0.08倍太阳质量)，其寿命可达约12万亿年。

当主序星核心处的氢燃烧殆尽后，恒星的演化将进入主序后阶段。初始质量低于0.5倍太阳质量的主序星不足以热到使其核心处的氦参与核聚变反应，这样的恒星将燃烧完它所有的氢，最终成为一颗氦白矮星。质量介于0.5至8倍太阳质量的主序星将演化成为比在主序列时更大但表面温度更低的红巨星。此类恒星会依次进入红巨星分支、水平分支和渐近巨星分支等阶段，最终其核心将成为一颗碳氧白矮星。质量介于8至10倍太阳质量的主序星规模已大到足以将核心处的碳聚变为氖和镁，最终将形成一颗氧氖镁白矮星。如果一颗恒星的质量足够巨大，那么在其核心处会得到不断合成更重的元素，直至产生铁，此后核心便无法再从核聚变中获取能量，由于此时电子简并压并不足以抗衡引力，恒星核心将经历突然和毁灭性的坍塌，通过释放引力势能，产生一次剧烈的爆炸，形成超新星。超新星爆发极其明亮，能够照亮其所在的整个星系，持续时间可达数周甚至数年之久。在此期间，一颗超新星所释放的辐射能可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相当。超新星爆发时会将其大部分甚至几乎所有的物质以极高的速度向外抛散，在周围的星际介质中产生激波，最终形成丝状气体云和气壳，被称为超新星遗迹。这些注入星际介质的元素最终丰富了分子云，并参与到下一代恒星的形成。这导致每一代的恒星组成都略有不同，从几乎纯氢和氦的混合到富含更多金属的成分，超新星是分配这些较重元素的主要机制。超新星爆发后的残余核心将形成中子星或黑洞。

当一颗恒星耗尽了其全部的核燃料后，它的残骸可以是以下三种形态之一，具体取决于其质量。如果恒星残骸的质量低于1.4倍太阳质量，电子简并压足以抗衡引力，最终恒星将成为一颗白矮星。白矮星的温度很高，会通过辐射的形式损失热能，当白矮星足够冷却，不再发出光和热，便会成为黑矮星。质量高于约8个太阳质量的恒星残骸内部压力会造成电子捕获，使得大多数质子转变为中子，恒星的核心将成为只有中子的致密球体，这种天体被称为中子星。由于中子星具有较高的质量与超高的转速，使吸积极度漫长而持久，这样就形成了黑洞。

总之，恒星演化包括引力收缩提供能量的主序前阶段、核心处氢到氦的核聚变反应提供能量的主序阶段、氦碳或更重元素的核聚变提供能量的主序后阶段，以及不再发生任何核聚变的冷态天体死亡发展阶段。足够质量与转速的天体漫长而持久地吸积，转动惯量与能量均守恒，转动与吸积不断相互促进，转动速度不断增加，吸积不断由内层向外层扩展。外层物质具有更大的势能与转动惯量，物质不断密集，能量不断蓄积，直到点燃氢核聚变。氢核聚变开始，巨大能量使物质开始抛离，吸积停止。主序阶段的能量主要来自于氢核聚变。依据不同的质量，轻元素不断聚变成重元素。直到聚变能量无法维持聚变发展，聚变停止。恒星的演化残骸主要取决于其质量，晚年到死亡以三种可能的冷态之一为终结：白矮星、中子星和黑洞。

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