丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素，根据恒星的光谱和光度的关系，创建了赫ˉ罗图，该图用纵坐标表示绝对星等，用横坐标反映光谱类型或表面温度。恒星的分布是有规律的，大部分恒星分布在左上到右下的对角线上，叫主序星。其他，还有红巨星、超巨星、白矮星等类型。不同类型的星表示它们有不同的光度。赫ˉ罗图不仅显示了各种恒星的特点，同时也反映了恒星的演化过程，因此，成为研究恒星的重要手段之一。
5.恒星的结构和能源
目前我们观测恒星，只能看到恒星在外层大气的活动。而恒星大气层，只是它整体结构很薄的一层。一般说来，恒星是一个稳定的、对称的炽热气体星球。它的中央，有一个产能的核心。核心外面，是辐射和对流层。恒星内部结构，主要是由它的质量、化学组成和所处的演化阶段（即年龄）来决定的。恒星内部的物质，越向中心密度越高，其内部温度在几百万至数千万度，于是热核反应，成为长期维持恒星能量消耗的主要能源。在其生命中，主要的产能方式是4个氢原子核聚变为一个氦原子核的核反应。
关于恒星内部结构的理论研究，最先作出卓越贡献的是英国着名天文学家爱丁顿，他在1920年就指出，恒星内部的核心，是具有产能作用的热气体球，并以辐射的方式向外传输它的能量。恒星内部的物质，越向中心密度越高，一般说来，恒星内部温度在几百万至数千万度的状态，不断地向宇宙空间辐射巨大的能量。
那么，恒星如此长期消耗能量，靠什么来补充？1938年，美国物理学家、1967年诺贝尔物理学奖获得者贝特指出，热核反应是长期维持恒星能量消耗的主要能源。恒星内部的产能方式，是4个氢原子核聚变为一个氦原子核的原子核反应，从而证明了爱丁顿早在1920年提出的预见的正确性。现已弄清，氢是恒星演化第一阶段内部产能的“燃料”，氦是恒星“烧完的灰渣”，碳则是“燃烧”过程的“催化剂”。当然，更进一步的研究发现，在核心氢燃尽后，形成的氦又可以聚变产能，但维持的时间则要短得多了。
6.人类对恒星的观测和利用
哈勃望远镜拍摄的天狼星及其伴星照片人类对恒星的观测，历史悠久。古埃及以天狼星在东方地平线的出现，预示尼罗河泛滥的日子。中国商朝，就设立专门官员，观测大火在东方的出现，确定岁首的时刻，与作物播种、收割，并列在卜辞中。而中国明朝的航海家们，则利用航海九星，来判断方向。美国的阿波罗11号飞船，设有光学定位仪，利用恒星，来确定位置。
对恒星体积的测量，可以通过干涉法和月掩星法，测得恒星的角直径，从而求出体积。
恒星的质量，可以用开普勒第三定律，或恒星光度与质量之间的关系，进行测量计算。
恒星的两个重要的特征，就是温度和绝对星等。大约100年前，丹麦的艾基纳和美国的诺里斯，各自绘制了查找温度和亮度之间是否有关系的图，这张关系图被称为赫-罗图，或者H-R图。在H-R图中，大部分恒星，构成了一个在天文学上，称做主星序的对角线区域。在主星序中，恒星的绝对星等增加时，其表面温度也随之增加。90%以上的恒星，都属于主星序，太阳也是这些主星序中的一颗。
巨星和超巨星，处在H-R图的右侧较高较远的位置上。白矮星的表面温度虽然高，但亮度不大，所以它们只处在该图的中下方。
7.恒星演变的动力-暗能量
我们知道，恒星的形成以及运动，都需要由外力来推动，那么这个外力究竟是什么呢？这个外力，就是暗能量。暗能量，总是以一种旋涡运动的形式出现，所以，在它的周围，会产生一种旋涡场。
当旋涡场中的宇宙尘埃很多时，旋涡场因旋转负荷太重而收缩，导致宇宙尘埃向旋涡中心靠近，并沉积在该中心处。在经历很长时间之后，沉积物积聚到一定的程度，而形成恒星。如果没有旋涡场和暗能量，那么，宇宙尘埃就如一盘散沙，它们就根本无法聚集在一起，就不会产生恒星。同样道理，恒星的自转和绕星系中心的运动，也需要由暗能量来推动。
既然恒星的形成以及运动，是由暗能量来决定的，那么，当暗能量出现衰退时，恒星的内部结构，就会发生变化。自宇宙形成以来，暗能量每10亿年以5.3%的比例，持续地衰减。到目前为止，宇宙中的暗能量，已经减少了约50%。暗能量的衰退，必然会导致恒星的衰老。所以，恒星演变的动力，是暗能量以及它的衰退。
暗能量不仅对整个宇宙有影响，而且似乎也能操控宇宙的居民，指引恒星、星系和星系团的演化进程。虽然以前我们并没有意识到，暗能量对这些结构的影响，但天文学家们几十年来，一直在研究它们的演化过程。
要提及暗能量，我们不得不先提及另外一个和它密切相关的概念-暗物质，之所以将其称为暗物质，而不是物质，就是因为它与一般的普通物质，有着根本性的区别。普通物质，就是那些在一般情况下，能用眼睛或借助工具看得见、摸得着的东西，小到原子、大到宇宙星体，近到身边的各种物体，远到宇宙深处的各种星系。
普通物质，总是能与光或者部分波发生相互作用，或者在一定的条件下，自身就能发光或者折射光线，从而被人们可以感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到，但是暗物质恰恰相反，它根本不与光发生作用，更不会发光，因为不发光，又与光不发生任何作用，所以不会反射、折散或散射光，即对各种波和光，它们都是百分之百的透明体！所以在天文上，用光的手段绝对看不到暗物质，不管是电磁波、无线电，还是红外射线、伽玛射线、X射线，这些统统都毫无用处，故其不被人们的感知所感觉，也不被目前的仪器所观测。因此，为了区分普通物质和这种特殊的物质，将这种特殊的物质，称之为“暗物质”。
“暗能量”，相比较暗物质，更是奇特得有过之而无不及，因为它只有物质的作用效应，而不具备物质的基本特征，所以称不上物质，故而将其称之为“暗能量”，暗能量是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动，皆是由暗能量来推动的。暗能量之所以具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量的发现，是近年宇宙学研究中的一个里程碑性的重大成果。
8.质量恒星和恒星黑洞
大质量恒星，通常是指比太阳质量大8倍的恒星。这类恒星，在星系演化过程中，扮演着重要的角色，因为它们最终能产生重元素，也为星际介质提供能量。
所谓恒星黑洞是一种大质量恒星（大约20倍太阳质量）引力坍塌后所形成的黑洞，目前已知质量最大的恒星黑洞是15.65±1.45倍太阳质量。另外，也有证据证明宇宙中的确有一个拥有24～33倍太阳质量的恒星黑洞。
第四节白矮星
1.白矮星概述
白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度在1000万吨/立方米左右。
根据白矮星的半径和质量，可以算出它的表面重力，等于地球表面的1000万～10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道，变为自由电子。
白矮星，是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力而强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过1亿度，于是氦开始聚变成碳。经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成，已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。
核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。
与此同时，红巨星外部，开始发生不稳定的脉动震荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星，变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心，实际上密度已经增大到每立方厘米10吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。人们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为1亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有10万亿分之一厘米。假如核的大小像一颗玻璃球，则电子轨道将在2000米以外。
而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。
这种自由电子气体，将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。
一般把物质的这种状态，叫做“简并态”。简并电子气体压力，与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。
白矮星是恒星演化末期产生的天体。这些恒星不能维持核聚变反应，所以在经过氦闪进化到红巨星阶段之后，他们会将外壳抛出形成行星状星云，而留下一个核聚变产生的高密度核心，即白矮星。由于缺乏能量的来源，白矮星会逐步释放热能，而发光而冷却。其核心靠电子的斥力对抗重力，其密度可达每立方厘米10吨。电子斥力不足以支持超过1.4倍太阳质量的白矮星，外壳的重力会进一步使恒星坍缩成中子星或者黑洞。这个过程中，经常伴随着超新星爆发。释放能量会造成恒星逐步冷却，表面温度逐渐降低，恒星的颜色也会随之变化。
经过数千亿年之后，白矮星会冷却到无法发光，成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄（150亿年），不足以使任何白矮星演化到这一阶段。
白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段，而停止产生能量（产生比铁还重的元素不能产生能量，而需要吸收能量）。恒星外壳的重力会压缩恒星，产生一个高密度的天体。一个典型的稳定独立白矮星，具有大约半个太阳质量，比地球略大。
