浅谈质量对恒星演化的影响及致密星的性质
作为恒星演化的最终产物，在我国现代天文学领域，致密星的研究在射电天文学，高能天体物理学，天体力学及相对论的研究中应用得越来越多。
致密星是宇宙间常见而强大的天然X射线发射源。我国贵州的“天眼”工程便欲利用脉冲星来建立“脉冲星计时阵”，参与未来脉冲星自主导航及引力波的探测。致密星在热辐射、天体微观粒子中对夸克的研究以及“奇异星”的理论中发挥了重要作用。除此之外，致密星也为我们提供了研究早期宇宙的线索。
致密星源于普通恒星，恒星质量不同其演化过程也就不同，最终恒星消亡后的产物也就不同。
恒星和行星的最根本差别就是能否使自己的核心区域的高温高压足够大到以致于引发最初阶段的核聚变而发光发热。由E=△mc2可知，在中子和质子这种自由核子结合形成更重的核子后会将亏损的质量转化为巨大的能量，这便是恒星核心释放的热核辐射压的来源。若一个天体内部已足够热到能自发进行(_1^2)H+(_1^3)H→(_2^4)He+(_0^1)n，证明该天体是一个恒星，恒星并没有被强大的辐射摧毁便是因为自身的重力场约束。
最初的氢分子云便是形成恒星的原料，在其受到某些因素影响下（如附近引力扰动，热量等），分子云的内部局部密度开始出现不均匀。密度大处通过微弱的引力促使其它密度较小的区域与其合并，产生的引力促使越来越多的部分向其聚集，在宏观看来，尘埃云团块螺旋进入其中心。中心处的云团由于自身引力作用开始收缩。微观看来，气体体积的收缩导致气体分子间碰撞的机会增加，表现为核心温度持续升高，由于角动量守恒，旋转的氢分子云会由球状体逐渐变为圆盘状，中心区域形成原恒星。当原恒星的内核开始进行如上反应后，原恒星便开始发出光和热并向主序星阶段迈进。随着两极喷射的气柱和产生的带电粒子流（恒星风）的作用，尘埃盘中心处的气体被吹到外缘，而留下的固态物质留下形成未来的行星。
（Ⅰ）M﹤太阳质量0.08倍的天体（约80木星质量）
0.08倍太阳质量是目前理论的最小恒星质量极限，小于该极限的恒星仅是气态行星和红矮星间的“过渡天体”，也就是褐矮星，该类天体只能依靠诞生时残留的热量发出微弱的可见光，其自身并不能真正意义上地“发光发热”。因此随着时间的推移，褐矮星在演化过程中体积表现为随热量的亏损而减小。和木星与土星一样，褐矮星也能靠自身的辐射在两极产生极光，随着它的冷却，大气中的金属原子便会形成液态的金属云雨，因而使大气产生强大的风暴，风暴扫过这些云层时会使红外线逃逸出来，这样我们边可通过红外线来发现它们，除此之外，褐矮星主要分为三类： M型：主要辐射红光.2000K-3000K
L型：温度1200-2000K.
T型：800-1200K.
在褐矮星演化的后期，它会冷却到不会再发出任何可见光，体积相比于形成时小，密度相对增大的球体，但这并不能称之为“致密星”。
（Ⅱ）m在0.08m0至8m0（注：m0表示太阳质量）1.44m0即白矮星最高质量，由物理学家苏布拉马尼扬.钱德拉塞卡1928年计算得出，即钱德拉塞卡极限。
该质量区间的恒星主要是S、R、N、M、K、G型恒星，这些恒星的光谱中氢线较弱，金属线较强，以及少数恒星含有特殊的分子带，可见光中以红、橙、黄为主，属于宇宙中的小质量恒星，但数量却远大于质量更大的恒星，这就是因为它们缓慢的演化。
和所有恒星一样，此类恒星经历了从H分子云中诞生、原恒星、稳定的主序星阶段后进入演化后期。有的红矮星由于质量较小，核中H消耗殆尽后，质量尚不足以促使其引发He聚变。因此，这类恒星会由于自身的重力而收缩，在重力与电子简并压的平衡中结束生命，直接演变为一颗白矮星。由于没有引发He聚变，内核也就不足以产生更强的辐射压使其将外壳向外推移使其膨胀成为一颗巨星，也就不存在抛洒出去的气体外壳形成的行星状星云。而质量和太阳相近的恒星（寿命约为100亿年）经历90亿年的H聚变后还有10亿年的He聚变。
类太阳质量的恒星在经历主序星阶段后，也就是核心氢耗尽后，由于自身质量达到足以使核心的压力挤压核使其收缩升温，使其温度升高到引发第二阶段的He聚变所需的温度，该阶段可将He聚变成更重的C。由于此过程释放的能量大于第一阶段，导致恒星突然变亮，这便是“氦闪”，每次短暂的氦闪后，恒星都在赫罗图中红巨星的一个分支进入另一分支。此阶段的恒星表现为氢外壳膨胀，氦内层不断重复积累He到氦闪的过程，内核便是收缩以提供更多的热来进行He聚变，这样的结果便是导致He聚变生成的C、O积淀得越来越多。此时的恒星已因He核周围的H聚变的发生使外壳膨胀成为一颗明亮而庞大的红巨星，著名的大角星、毕宿五便是属于这一类恒星，它们均位于赫罗图的右上角，由于不同质量恒星演化后期内部核反应复杂程度不同，因而在图上表现有分支。
由于He聚变的速率比H要快，因此在短暂的红巨星阶段后，恒星又会开始表现得不稳定，He层外的H不断向外燃烧，而He层内由于He也消耗殆尽，又因为类太阳质量的恒星不足以引发更重的聚变反应为其提供能量，此时的核心只能持续塌缩而不断升温。因电子简并压与自身重力平衡的情况下，最终在这个厚重的气体外壳包层中心形成一颗白矮星，外壳则被“抛洒”出去，形成行星状星云，随着温度的下降，外层的H也停止反应。余下的各种气态原子因高温发生电子跃迁而发出不同颜色的光。这也是行星状星云五彩斑斓的原因。
在此之后相当漫长的时间内，白矮星因其不能重启核反应使其像褐矮星那样不断散失热量而逐渐变暗，以致于最后成为一颗不可见的黑矮星。因白矮星冷却至黑矮星需相当长的时间，以至于长过宇宙目前的年龄，这也是目前还未曾在宇宙中找到过一颗黑矮星的原因之一。
（Ⅲ）m的8至20.30m0的恒星
该质量区间内的恒星属于中等质量的恒星，主要以光谱为F、A、B、O型的白星与蓝星为主，它位于赫罗图的左上部。中等质量的恒星寿命短于更小质量的恒星。主要就是因为其巨大的质量促使核心区的核反应速率比更小质量的恒星更快，因此在短时间内便耗尽自身的氢进入演化后期，同之前所述的小质量和中小质量（类太阳质量）的恒星相同，核心区的H耗尽后会开始反应He。再此之后，He的原料也会支撑不住核心的进一步塌缩。由于恒星质量足够大，在外壳膨胀、内核收缩的情况下，中等质量的内部可聚变的元素更多，并且越靠近核，聚变的元素也越重。较重的元素沉积在内部，而较轻的则留在上部，这就使得演化后期的中等质量恒星内部如洋葱般层次复杂。聚变的元素越来越重，更重的元素聚变的时间也越短。诸如Si、P、S、Ca以及最后诞生的Fe。此时的恒星已随着内部逐层元素的聚变促使更重的元素生成，较轻的元素不断向外迁移继续反应致使恒星膨胀得空前巨大，由于内部元素的丰富度高于红巨星，而体积比红巨星也更大，这类由更大质量的恒星膨胀形成的星体被称为“超巨星”。
在之前已提到，稳定的恒星内部由内而外的辐射压与自身重力作用达到的动态平衡。而辐射压来自于核心区的核聚变所释放的能量，在主序星阶段，恒星主要聚变H，红巨星及超巨星阶段聚变氢后面铁前面的元素，聚变较轻的元素的恒星消耗小部分能量，聚变生成更重的原子核后释放更多的能量，因此恒星表现为释放能量。要聚变更重的元素，恒星就必须提供更多的能量，但释放的能量却越来越少。在恒星生命的最后阶段，情况却有所改变，在恒星所聚变的元素中，铁是最稳定的，也是最重的。随着铁的生成，恒星自身却无法提供足够的能量使它聚变为钴，但恒星却不断注入能量使铁聚变，这时的恒星就是表现为不断的在铁身上消耗能量，但铁却无法放出能量产生辐射压来抵抗恒星强大的重力。于是恒星的核则在重力作用下，极短时间内塌缩，体积不断变小，密度不断增大。
从微观角度看，原本相隔甚远的原子在强大的压力下挤在一起，这时电子与电子间的一种斥力（电子简并压）开始起作用，企图抗衡收缩的压力。恒星质量较小，则可达成这种平衡，阻止核进一步塌缩而形成一颗白矮星。但中等质量恒星的质量足以大到对内核施加足够大的压力来打破这种平衡，从而促使内核进一步塌缩。在这种极端的情况下，电子被压进质子形成中子。原子内部原本广阔的空间在压力作用下塞满了中子，与电子类似，中子与中子间也存在一种斥力（中子简并压）促使中子不再被压缩。这种由中子堆积而成的致密天体便称为中子星。由于电子简并压与中子简并压相差悬殊（二者均由泡利不相容原理得来），而原子核间距与中子与中子间距也相差甚远，因此白矮星与中子星在体积和密度上也有很大差异。达成这种由中子简并压产生的平衡后，由外层坍缩而企图被压缩的进核的物质最终被反弹回去，产生的震波由核向外，摧毁整颗恒星，从而引发极端剧烈的爆炸。由于所释放的能量相当巨大，促使整个恒星升温并发出非常强烈的可见光。所释放的电磁辐射在短时间内突增。即便是相隔半个星系也清晰可见。爆炸产生的震波可扩散至相当远的距离，而爆炸向外抛洒的物质则在一定范围内形成不规则结构，被称之为超新星遗迹。（该类型超新星属于Ⅱ型超新星爆发，在自然状态下，大于8倍太阳质量的恒星才可引发）。
超新星爆发的中心，恒星仍有物质被遗留了下来，即在坍缩的由中子构成的核（中子星）。恒星在发生爆炸前，可能数周甚至数月才能完成一周的自转。根据角动量守恒，恒星在被压缩而体积减小时，自转速率越来越快，原本直径有数天文单位的巨大星体如今只有数公里的大小。如此看来，中子星以相当快的速率自转。最慢的可在一分钟内完成一周自转，最快的则是以毫秒计算。中子星根据自身性质可分为三类：普通中子星、脉冲星及磁星。
脉冲星及波霎，凭借着比普通中子星更大的质量，更快的自转速率以及两极发射的射电脉冲而成为宇宙中最奇特的天体之一。如psr序列、M1中心天体则属于脉冲星。脉冲星的自转轴与磁轴往往不重合，而在此基础上，若地球在射电脉冲扫过的圆锥形区域内，我们便可观察到周期性的闪光。而基于此原理，我们便可得到前文所述宇宙中最精确的及时方法（脉冲星计时）
在中子星的三个分支中，磁星是其中最强大的一类。而这类天体的质量却也是稳定在最危险的奥本海默极限附近。这类中子星在形成时极快的自转导致产生了极强的磁场，所释放的电磁辐射以x射线与γ射线为主。在形成中子星时，炽热的物质在短时间内对流产生强大的磁场，除此之外，在此期间由于极快的自转产生的动能也可转变为磁场。
磁星在其生命期间往往表面会出现星震，地壳在移动数厘米内也可释放相当惊人的能量，这些能量以X射线与γ射线。由于能量散失而导致质量的亏损，在此作用中，磁星的自转速度会减慢，变为普通的中子星或脉冲星，因此磁星存在的时间并不长。目前如SGR 0525-66，SGR 1806-20，SGR 0501+4516则为磁星。
（3）m﹥30 m0的恒星
质量已超过30倍太阳质量的恒星生命短暂而绚烂，和太阳简直毫无相似之处。在宇宙中，质量越大的恒星，数量越少，原因便是它们短至数百万年的寿命。宇宙中八成以上的恒星为小质量恒星，即比太阳质量还小的红矮星。相比之下，红矮星的寿命可长达数百亿年。而这类恒星便是以O型星为主的大质量恒星，其变现为高温，体积大，发出蓝光，位于赫罗图左上角最顶端。目前为止已知最大质量的恒星为R316a1,为太阳质量的265-315倍，亮度为太阳的871万倍。
宇宙中质量最大的一类恒星是初代恒星，它们是宇宙诞生后形成的第一批恒星，由于浓密而充足的氢分子的原料，这些恒星质量在100-1000太阳质量内，正是因为短暂的寿命，最后提供了形成类星体的物质。初代恒星在主序星结束后由于自身极端的压力作用跳过巨星阶段直接坍缩为黑洞，甚至不会发生超新星爆发。
而质量稍小于初代恒星的大质量恒星则会有超新星遗迹产生。主序星阶段之后，和中等质量恒星相同，超巨星首先会形成一个铁核进而开始收缩，直到将核压缩进自身的史斥西半径内的一个范围。在此范围内核自身的逃逸速度大于了光速，故光子无法逃逸出去，故黑洞并不会发射可见光，因此看起来漆黑一片。当核心内部生成黑洞后，恒星也就宣告死亡，由于黑洞在恒星核心处，周围物质不断加速落入其中，黑洞会变得过于饱和而将无法吞噬的物质以伽马射线的形式从恒星两极发射出来，从而摧毁整个恒星结构恒星外层则在一次强烈的超新星爆中被抛射出去。恒星只有在自转速度很快，且质量足够大的条件下才可能发生伽马射线暴。这类爆发往往持续数小时，为长伽马射线暴，而如像致密星合并则可产生短伽马射线暴，通常持续数毫秒左右。这种爆发释放的能量远超太阳100亿年释放能量总和。
综上所述，大质量恒星消失后遗留物质为黑洞，其为早期宇宙的研究有重大作用。在初代恒星坍缩为黑洞后，其相互间又会合并，形成规模更大的黑洞，产生的引力也就越强，从而促使越来越多的黑洞向其靠近。如今的超大质量黑洞便是在过去如此形成，它们成长得非常迅速，将周围的尘埃物质拖拽至附近，产生的吸积盘因摩擦而产生极高的温度。黑洞向两极发射伽马射线使整个结构释放出非常强的光。类星体通过自身引力与暗物质的作用下周围物质越来越密集，以致于足以产生新的恒星，这对早期宇宙中星系的形成具有重大意义。
如今的宇宙物质足够丰富以致于能够孕育生命，依赖于远古恒星的演化，如今地球上如金、银、铂等重金属元素如此稀缺便是因为远古恒星通过超新星爆发产生的高温使铁聚变成更重的元素。观测遥远的类星体，可将我们把目光投向越来越远而更早期的宇宙。致密星不管在探究宇宙的起源还是生命的诞生乃至今后天文学的发展都起着举足轻重的作用。
