恒星通常会存活数十亿年。确切的时间长短取决于恒星的质量:较大的恒星寿命较短。这似乎是违反直觉的,因为更大的恒星有更多的“物质”在中心聚变。没错,它们确实有更多的燃料,但事实证明,它们燃烧燃料的速度更快,最终寿命也比较小的恒星短。我们的太阳大约是它生命的一半,还有大约50亿年的燃料剩余。
这个核聚变过程最终将恒星中的氢转化为氦。这个过程释放能量,使恒星保持高温,并提供能量,最终以辐射的形式离开恒星。但一颗恒星并不会像这里的其他帖子暗示的那样,把所有的氢都变成氦。恒星中只有一小部分氢会转化为氦;也就是说,只有位于恒星中心的氢在那里足够热,可以发生聚变。表面的氢气温度太低,无法进行核聚变,而且在恒星的整个生命和死亡过程中,氢气都会一直存在。
无论如何,一旦恒星的中心耗尽燃料,热压力就失去了能量来源。中心不再产生能量,这使得气体没有能量储备来保持其极高的温度。所以恒星开始冷却,恒星的压力开始减小。引力抓住了这个机会(在整个过程中引力从未“关闭”,它总是试图把恒星压缩到越来越小的尺寸),恒星的中心开始收缩。当它这样做的时候,它会重新加热并开始向恒星释放能量。这一过程导致恒星表面膨胀,恒星膨胀成“红巨星”或“超级巨星”。“中心温度升高时,可能会重新启动聚变过程,开始将更多的氢聚变成氦,或者,如果恒星足够大,将开始吸收氦,并将其聚变成其他元素,如碳、氮和氧。”你在元素周期表上的位置越远,聚变所需的能量就越多。但一旦有了镍和铁,就会发生一些事情。
像太阳这样的恒星会将氢聚变成氦,然后开始将氦聚变成碳和氧。一旦核中的氦耗尽,它将永远无法达到重新启动核聚变的温度。重力最终获胜。没有什么能帮助核心保持高温,而重力会使恒星凝结得越来越多(与此同时,恒星的表面会膨胀得越来越大)。最终的中心恒星变成白矮星,的原因我不会进入这里(但如果你好奇问),和恒星的表面气体飘走(这漂流气体通常被称为行星状星云,即使与行星…这有点用词不当)。这就是他们的结局。
更大的恒星可以重新启动聚变过程,将其核心的元素熔化,直至镍和铁。在这一点上,聚变停止释放能量,也就是说,恒星必须为聚变过程提供能量才能让它发生。这与它想要做的恰好相反;它希望能释放能量,这样它就能保持高温,并阻止重力导致它坍缩。在这一点上,核心的聚变停止了,一个由镍和铁组成的球开始形成。球周围的温度仍足以让其他元素发生聚变,所以剩下的氢和氦等元素继续聚变,形成重元素。
一旦铁和镍球变得太重(超过太阳质量的1.4倍),铁球就会坍塌。没有什么能阻止重力,镍原子和铁原子或多或少地挤在一起。这导致这些原子核分裂,质子和电子与每一个结合,变成中子,在很短的时间内释放出难以置信的能量。其结果就是超新星爆炸。释放的能量将恒星的其余部分炸开。在一天结束的时候,会剩下一颗密度很高的中子星(一个中子球)。在极端情况下,这个中子球会进一步坍缩成黑洞。