分子云坍缩
物理机制
一颗恒星的一生，几乎由它出生时的质量决定。下面的模型基于主序星的质量—光度经验关系与标准演化理论， 可交互地展示不同质量恒星的演化路径。所有数值均为近似估计，适用范围见页面末尾。
实验台
单位：M☉（太阳质量）
M☉
拖动滑块，或点下面的预设值。刻度为对数：低质量区间更精细。
- 光谱型
- G2 V
- 表面温度
- 5,772 K
- 光度
- 1.00 L☉
- 半径
- 1.00 R☉
- 主序寿命
- 约 100 亿年
主序阶段约占恒星总寿命的 90%。
此处光度是近似值。模型给出约 2.0×103 L☉， 文献常见范围约 2.5×103–7×103 L☉，偏低约 2 倍（−0.31 dex）。 原因是 2–20 M☉ 区间用单一幂律 L ∝ M3.5 拟合，无法同时贴合这一段的弯曲； 因此 8 M☉ 附近的光度、温度、半径只保证量级正确，不是精确预测。
外观示意：直径按半径对数缩放，颜色近似黑体色
最终归宿
碳氧白矮星
＋ 行星状星云
演化路径
点击任一阶段查看物理解释（也可用左右方向键）。
实验任务
把质量调到三个不同归宿的恒星上（例如 1、15、25 M☉），对比它们的演化路径与寿命差异。
已探索 1 / 3 种归宿
任务完成
你已经对比过 3 种恒星归宿。真正的差别藏在数字里：质量每增加一倍，主序寿命不是减半，而是掉到不足五分之一。
继续读：一颗恒星会经历什么 →科学来源与模型限制
这个模型做了什么
- 主序参数由质量—光度经验关系计算：M < 0.43 M☉ 时 L ∝ M2.3；0.43–2 M☉ 时 L ∝ M4；2–20 M☉ 时 L ∝ M3.5；20 M☉ 以上指数放缓为 2.5。各段系数采用锚定归一化，分段点处数学连续，且 L(1 M☉) = 1 精确成立。
- 半径用 M0.6–0.8 的粗糙近似，表面温度由 L = 4πR²σT⁴ 反解得到，因此三者自洽。
- 主序寿命取 t ≈ 100 亿年 × (M/M☉)−2.5，质量大于 10 M☉ 时改用更平缓的指数，以贴近观测到的十几到几十个百万年量级。
- 演化路径按初始质量分为五类，分段边界见下表。
质量分段与不确定性
| 质量范围 | 演化终态 | 边界可靠性 |
|---|---|---|
| < 0.08 M☉ | 褐矮星，无法维持稳定氢聚变 | 边界可靠（氢燃烧下限） |
| 0.08 – 0.5 M☉ | 红矮星，理论终态为氦白矮星 | 可靠；但寿命远超宇宙年龄 |
| 0.5 – 8 M☉ | 红巨星 → 行星状星云 → 碳氧白矮星 | 8 M☉ 为近似，实际在 7–9 间浮动 |
| 8 – 25 M☉ | 红超巨星 → 铁核坍缩 → II 型超新星 → 中子星 | 上下界均受质量损失率影响 |
| > 25 M☉ | 很可能直接坍缩为黑洞 | 高度不确定，20–30 区间取决于金属丰度与双星演化 |
必须说清楚的四件事
- 8 M☉ 与 25 M☉ 不是硬边界。真实分界取决于金属丰度、自转、质量损失率和是否处于双星系统，文献中常给出 7–9、20–30 这样的区间。滑块跨过边界时路径会切换，但请不要把它理解成精确的临界点。
- 低质量恒星的终点还没发生。0.5 M☉ 以下恒星的主序寿命可达数千亿到上万亿年，远大于当前宇宙年龄（约 138 亿年）。它们的"白矮星终态"是理论推演，宇宙中尚无此类恒星真正走到那一步。
- 阶段时长是比例，不是精确年数。除主序寿命外，其余阶段只给量级或占总寿命的比例，避免制造虚假精度。
- 这是单星一维近似。模型不处理双星物质转移、自转混合、磁场活动，也不预测任何具体天体在具体时刻的观测结果。
参考资料
- Carroll, B. W. & Ostlie, D. A., An Introduction to Modern Astrophysics, 2nd ed. — 质量—光度关系、主序寿命、演化阶段划分
- Kippenhahn, R., Weigert, A. & Weiss, A., Stellar Structure and Evolution, 2nd ed. — 核心燃烧序列、简并态与氦闪机制
- NASA / ESA 公开科普资料 — 恒星生命周期、超新星分类与致密天体
- IAU 通行的恒星光谱分类定义 — O/B/A/F/G/K/M 型的有效温度区间
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