“人们喜欢光明，即使只是一支燃烧的小蜡烛。”——-Georg C.Lichtenberg

恒星是宇宙演化中最重要的一环，是它创造了光明，温暖，是它丰富了宇宙的成分，也是它带来众多的岩石行星，甚至是生活在这些行星上的生命。

今天我们要说的问题是，恒星的燃烧速率是由什么决定的？以及不同的元素在恒星核心的不同层中是如何一步步发生聚变，直到恒星的死亡。

是什么决定了一颗恒星的命运

我们既想知道恒星内部发生了什么，又想知道它是如何发生的，就需要了解从一颗恒星燃烧开始到它生命结束的整个过程。

首先，我们需要找到一颗新生的恒星。在宇宙中唯一能找到它们的地方就是在巨大的星团中！

在一个年轻的星团中，如上图中的NGC265，其中有各种不同类型的恒星，从质量最大、温度最高的o级和b级恒星，它们的质量一般是太阳的几十倍、甚至几百倍，一直到质量最低的m级恒星，即最红、最暗的恒星。(当然还有很多“失败的恒星”，即所谓的褐矮星。)

那么是什么赋予了这些不同种类的恒星，拥有各自独特的颜色和亮度？

简单的答案是“恒星不同的质量”，这个因素是唯一决定恒星一生命运的因素。因为不管什么类型的恒星，它们的初始组成的材料基本上是一致的，由大量的氢和少量的氦组成。

而这些恒星之所以会发光，是因为它们的核心发生了核聚变。气体云在引力作用下发生集聚以后，质量最少要达到2.5万个地球的质量，即使是质量最低的m级恒星也会收缩成原恒星，温度急剧升高，核心的密度和温度足以引发一场自我维持的核聚变反应。

质子-质子链融合过程。

我们知道恒星有不同的颜色，既蓝又亮、既然红又暗！

那么是什么让一颗恒星表现的如此蓝而亮，而不是红而暗，两者之间的主要区别与恒星内部的温度有关！例如，在太阳内部，最核心的温度大约是1500万开尔文，核聚变在核心处发生的最快。

但是当我们从恒星的核心越往外走，温度就越低，但是核聚变的速率会随着温度的下降呈指数级的方式下降！当我们离开太阳核心25%的时候，温度下降了不到两倍，而这时的核聚变速率还不到核心的1% ！

所以质量决定了核心的温度和密度，而温度又决定了核心的核反应速率，并且影响巨大。

这就是为什么一个温度只有太阳一半的恒星可以存活的时间更久，甚至是太阳年龄的数百倍，而一个质量非常大、温度非常高的恒星，比如质量是太阳260倍的R136a1（下面星团的中心）的寿命十分短，还不到太阳年龄的0.1%。

不同元素在恒星的核心是如何燃烧的

一颗恒星的质量在其出生时就已经注定了，也就说它的命运早已注定。当它们在生命中燃烧燃料的时候，其中乏燃料的区域就会开始收缩，恒星内部的温度升高！这意味着核心更大的区域可以融合任何正在燃烧的燃料，同时融合的速率也会上升。

除此之外，这也意味着随着恒星年龄的增长，恒星的温度和光度都将逐渐升高。

恒星在其生命周期内会产生一定的辐射压力，这些高能辐射（主要时伽马射线）需要从恒星的所有层中释放出来，来支撑恒星抵抗引力坍缩。目前太阳的半径是恒定的，因为太阳表面的向外辐射的压力大致与向内的引力相同。但是，当恒星的核心（恒星的任何一层都一样）耗尽所燃烧的燃料时，辐射压力就会急剧下降，并开始在引力的作用下收缩。

接下里有两种选择：要么核心可以充分的收缩和升温，以点燃更多的聚变，无论是氢、氦，还是在最大规模的恒星中的碳聚变或其他更重元素的聚变；要么恒星核心开始保持惰性，因为恒星质量较小的缘故，无法收缩升温到足以燃烧下一阶段的燃料，在这种情况下，恒星生命的终点就即将来临。

上图可以看到，恒星核心一开始从氢到氦，氦开心沉降堆积在核心，等核心氢燃烧完以后，核心开始收缩升温，开始氦到碳的聚变，同时核心外层继续着氢的氦的过程，但核心燃烧氦的速度非常快，等核心再次耗尽氦，又开始碳燃烧，一层一层这样聚变下去，直到核心堆积为铁核，核聚变停止。

一个恒星氦核的形成需要很长时间，即使是最大型的恒星也需要几百万年的时间，而氦到碳燃烧的时间大约是氢燃烧时间的10%。在那些已经开始进行碳燃烧的恒星，从核心的第一次碳聚变到核心的铁堆芯停止核聚变，引发超新星爆发的时间尺度大约是一千年，所以当恒星耗尽核心的氢以后，离死亡已经不远了。

事实上，类太阳恒星的内核耗尽其中心区域的氢燃料以后（我们的太阳将在50亿到70亿年后耗尽核心燃料）将首先膨胀成一颗亚巨星，在类太阳恒星点燃氦聚变并成为一颗真正的红巨星之前，亚巨星阶段将能保持大约一亿年的时间。但只要成为亚巨星就说明一颗恒星已经永远离开了主序列。

剩下的所有其他的聚变步骤都会相对较快的发生，因为“主序列”之所以被称为“主序列”是有原因的：它是所有恒星一生中最主要的时间。就像一个人的青壮年时期一样，是人一生中最主要的阶段，一旦跨过这个阶段，就会迅速的衰老直到死亡。

在质量较大的恒星内部，温度决定一切，反应速度特别快，而元素之间的对流发生的很慢，无法将新的燃料快速的运送到核心发生聚变反应。也就是说，即使我们的太阳在数十亿年后核心停止了聚变，但在核心周围还会存在大量的氦元素，因为这些氦元素无法有效的沉降到核心，保持核心的聚变。

一颗恒星的整个核心需要几千亿年的时间才能将新的元素循环进去。

而m级恒星，反应速率较慢，核心的核聚变很温和，这样就能允许更多的新元素沉降到核心供其燃烧，因此这类恒星的寿命特别长，足有万亿年的寿命。

这就是一颗恒星演化的过程，比我们平时认为的要快的多，只要其核心耗尽氢燃料。一颗恒星就走向了老年阶段。