黑洞大还是恒星大

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的半径小到一定程度，小于史瓦西半径时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。2011年12月，天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程。黑洞
的物体，这对黑洞的存在的预言带来了进一步的鼓舞。起初贝尔和她的导师安东尼·赫维许以为，他们可能和我们星系中的外星文明进行了接触！我的确记得在宣布他们发现的讨论会上，他们将这四个最早发现的源称为LGM1－4，LGM表示“小绿人”（“Little Green Man”）的意思。然而，最终他们和所有其他人都得到了不太浪漫的结论，这些被称为脉冲星的物体，事实上是旋转的中子星，这些中子星由于在黑洞这个概念刚被提出的时候，共有两种光理论：一种是牛顿赞成的光的微粒说；另一种是光的波动说。我们现在知道，实际上这两者都是正确的。由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波，也可认为是粒子。在光的波动说中，不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的，人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响。起先人们以为，光粒子无限快地运动，所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应。
罗杰·彭罗斯在1965年和1970年之间的研究指出，根据广义相对论，在黑洞中必然存在无限大密度和空间——时间曲率的奇点。这和时间开端时的大爆炸相当类似，只不过它是一个坍缩物体和航天员的时间终点而已。在此奇点，科学定律和预言将来的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的观察者，将不会受到可预见性失效的影响，因为从奇点出发的不管是光还是任何其他信号都不能到达。这令人惊奇的事实导致罗杰·彭罗斯提出了宇宙监督猜测，它可以被意译为：“上帝憎恶裸奇点。”换言之，由引力坍缩所产生的奇点只能发生在像黑洞这样的地方，在那儿它被事件视界体面地遮住而不被外界看见。严格地讲，这是所谓弱的宇宙监督猜测：它使留在黑洞外面的观察者不致受到发生在奇点处的可预见性失效的影响，但它对那位不幸落到黑洞里的可怜的航天员却是爱莫能助。广义相对论相关　　广义相对论方程存在一些解，这些解使得我们的航天员可能看到裸奇点。他也许能避免撞到奇点上去，而穿过一个“虫洞”来到宇宙的另一区域。看来这给空间——时间内的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有这些解似乎都是非常不稳定的；最小的干扰，譬如一个航天员的存在就会使之改变，以至于他还没能看到此奇点，就撞上去而结束了他的时间。换言之，奇点总是发生在他的将来，而从不会在过去。强的宇宙监督猜测是说，在一个现实的解里，奇点总是或者整个存在于将来（如引力坍缩的奇点），或者整个存在于过去（如大爆炸）。因为在接近裸奇点处可能旅行到过去，所以宇宙监督猜测的某种形式的成立是大有希望的。

在恒星引力坍缩形成黑洞时，运动会更快得多，这样能量被带走的速率就高得多。所以不用太长的时间就会达到不变的状态。人们会以为它将依赖于形成黑洞的恒星的所有的复杂特征——不仅仅它的质量和转动速度，而且恒星不同部分的不同密度以及恒星内气体的复杂运动。如果黑洞就像坍缩形成它们的原先物体那样变化多端，一般来讲，对之作任何预言都将是非常困难的。
然而，加拿大科学家外奈·伊斯雷尔在1967年使黑洞研究发生了彻底的改变。他指出，根据广义相对论，非旋转的黑洞必须是非常简单、完美的球形；其大小只依赖于它们的质量，并且任何两个这样的同质量的黑洞必须是等同的。事实上，它们可以用爱因斯坦的特解来描述，这个解是在广义相对论发现后不久的1917年卡尔·施瓦兹席尔德找到的。一开始，许多人（其中包括伊斯雷尔自己）认为，既然黑洞必须是完美的球形，一个黑洞只能由一个完美球形物体坍缩而形成。所以，任何实际的恒星从来都不是完美的球形只会坍缩形成一个裸奇点。
然而，对于伊斯雷尔的结果，一些人，特别是罗杰·彭罗斯和约翰·惠勒提倡一种不同的解释。他们论证道，牵涉恒星坍缩的快速运动表明，其释放出来的引力波使之越来越近于球形，到它终于静态时，就变成准确的球形。按照这种观点，任何非旋转恒星，不管其形状和内部结构如何复杂，在引力坍缩之后都将终结于一个完美的球形黑洞，其大小只依赖于它的质量。这种观点得到进一步的计算支持，并且很快就为大家所接受。
黑洞是科学史上极为罕见的情形之一，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下，作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。的确，这经常是反对黑洞的主要论据：怎么能相信一个其依据只是基于令人怀疑的广义相对论的计算的对象呢？然而，1963年，加利福尼亚的帕罗玛天文台的天文学家马丁·施密特测量了在称为3C273（即是剑桥射电源编目第三类的273号）射电源方向的一个黯淡的类星体的红移。他发现引力场不可能引起这么大的红移——如果它是引力红移，这类星体必须具有如此大的质量，并离地球如此之近，以至于会干扰太阳系中的行星轨道。这暗示此红移是由宇宙的膨胀引起的，进而表明此物体离地球非常远。由于在这么远的距离还能被观察到，它必须非常亮，也就是必须辐射出大量的能量。人们会想到，产生这么大量能量的唯一机制看来不仅仅是一个恒星，而是一个星系的整个中心区域的引力坍缩。人们还发现了许多其他类星体，它们都有很大的红移。但是它们都离开地球太远了，所以对之进行观察太困难，以至于不能。
编辑本段专家研究黑洞等离子体　　德国在实验室制造出黑洞等离子体
德国马克斯普朗克核物理研究所和赫尔姆霍茨柏林中心的研究人员使用柏林同步加速器（BESSY Ⅱ）在实验室成功产生了黑洞周边的等离子体。通过该研究，之前只能在太空由人造卫星执行的天文物理实验，也可以在地面进行，诸多天文物理学难题有望得到解决。　黑洞的重力很大，会吸附一切物质。进入黑洞后，任何东西都不可能从黑洞的边界之内逃逸出来。随着被吸入的物体的温度不断升高，会产生核与电子分离的高温等离子体。
黑洞吸附物质会产生X射线，X射线反过来又会刺激其中的大量化学元素发射出具有独特线条（颜色）的X射线。分析这些线条可以帮助科学家了解更多有关黑洞附近等离子体的密度、速度和组成成分等信息。
在这个过程中，铁起了非常关键的作用。尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富，但是，它能够更好地吸收和重新发射出X射线，发射出的光子因此也比其他更轻的原子发射出的光子具有更高的能量、更短的波长（使得其具有不同的颜色）。
铁发射出的X射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收。在这个所谓的光离化过程中，铁原子通常会经历几次电离，其包含的26个电子中有超过一半会被去除，最终产生带电离子，带电离子聚集成为等离子体。而现在，研究人员在实验室中重现了这个过程。
实验的核心是马克斯普朗克核物理研究所设计的电子束离子阱。在这个离子阱中，铁原子经由一束强烈的电子束加热，从而被离子化14次。实验过程如下：一团铁离子（仅仅几厘米长并且像头发丝一样薄）在磁场和电场的作用下被悬停在一个超高真空内，同步加速器发射出的X射线的光子能量被一台精确性超高的“单色仪”挑选出来，作为一束很薄但却集中的光束施加到铁离子上。
实验室测量到的光谱线与钱德拉X射线天文台和牛顿X射线多镜望远镜所观测的结果相匹配。也就是说，研究人员在地面实验室人为制造出了太空中的黑洞等离子体。
这种新奇的方法将带电离子的离子阱和同步加速器辐射源结合在一起，让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的星系核。研究人员希望，将EBIT分光检查镜和更清晰的第三代（2009年开始在德国汉堡运行的同步辐射源PETRAⅢ）、第四代（X射线自由电子激光XFEL）X射线源结合，将能够给该研究领域带来更多新鲜活力。美国制成“人造黑洞”　　2005年3月18日英国《卫报》报道，美国布朗大学物理教授‘霍拉蒂·纳斯塔西’在地球上制造出了第一个“人造黑洞“。美国纽约布鲁克海文实验室七年前建造了当时全球最大的粒子加速器，将金离子以接近光速对撞而制造出高密度物质。虽然这个黑洞体积很小，却具备真正黑洞的许多特点。纳斯塔西介绍说，纽约布鲁克海文国家实验室里的相对重离子碰撞机，可以以接近光速的速度把大型原子的核子（如金原子核子）相互碰撞，产生相当于太阳表面温度3亿倍的热能。纳斯塔西在纽约布鲁克海文国家实验室里利用原子撞击原理制造出来的灼热火球，具备天体黑洞的显著特性。比如：火球可以将周围10倍于自身质量的粒子吸收，这比目前所有量力物理学所推测的火球可吸收的粒子数目还要多。
人造黑洞的设想最初由加拿大“不列颠哥伦比亚大学”的威廉·昂鲁教授在20世纪80年代提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而，利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外，它们无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”。然而，纳斯塔西教授制造的人造黑洞已经可以吸收某些其他物质。因此，这被认为是黑洞研究领域的重大突破。欧洲“人造黑洞”　　2008年9月10日，随着第一束质子束流贯穿整个对撞机，欧洲大型强子对撞机正式启动。曾有人担心建于欧洲日内瓦的世界最大‘大型强子对撞机’会制造出黑洞吞噬地球生物（新闻报道，印度一女孩曾因为担心欧洲大型强子对撞机会制出黑洞毁灭地球而自杀）。尽管欧洲的科学家一再解释这个不会对地球造成威胁，但大型强子对撞机就相当于一个‘人造黑洞’制造机器。
欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，它位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。系统第一负责人是英国著名物理学家‘林恩·埃文斯’，大型强子对撞机最早就是由他设想出来并主导制造的。埃文斯博士是英国威尔士一位矿工的孩子，当他还是孩子时就表示要做惊天动地的事情。果然没有失言，他终于负责打造出了令世界瞩目的世界最强大的机器――大型强子对撞机，为此他被外界称为“埃文斯原子能”。
当比我们的太阳更大的特定恒星在生命最后阶段发生爆炸时，自然界就会形成黑洞。它们将大量物质浓缩在非常小的空间内。假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中，形成了微小黑洞，每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相当。天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更重。据爱因斯坦的相对论描述的重力性质，大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞。然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子产品。所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻分解。因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质，产生肉眼可见的结果。中国的人造电磁黑洞　　中国科学家造出第一个“人造电磁黑洞”
它有着“黑洞”之名，虽然尺寸“迷你”，但任何经过的电磁波或光，都不可能逃离它的引力。2009年10月15 日，《科学》杂志宣布，世界上第一个“可吸收电磁波的微波人造黑洞”在中国东南大学实验室里诞生。
不过，这个小型“黑洞”不仅不会毁灭世界，还能帮助人们更好地吸收太阳能。
在宇宙中，黑洞吞噬万物，甚至包括光。人们乐意议论这种天体，因为它神秘、“性情”怪异：它身处宇宙最幽暗的地方，没有人能直接观测到它，而靠近它的任何物质，都会被无情地拖曳到它的深渊里，小行星、星尘、光波、时间，无一例外。
人们对黑洞这种天体感到好奇，但绝不会希望有任何一个黑洞接近自己，或我们的星球。然而现在却有一些科学家在自己的实验室里造出了一个“迷你小型”黑洞。
2009年10 月15 日的《科学》杂志在介绍这种“人造黑洞”时建议，人们可以把这种“黑洞”装进自己的大衣口袋里。
制造出“人造黑洞”的是中国东南大学的一个研究组，崔铁军教授和程强教授是其中最主要的两位研究者。
“实际上，我们做的黑洞不是严格意义上的黑洞。”在接受《外滩画报》采访时，程强教授对记者说。
实验室里的“人工黑洞”，目的当然不是为了将一个吞噬一切的“恶魔”装进口袋。据程强介绍，现在存在于东南大学毫米波国家实验室的“人造黑洞”，实际上是一个模拟装置，这种模拟装置目前可以吸收微波频段的电磁波，在未来，它还可以吸收光。
但是除此之外，它并不能吸收任何实质的东西。“它只吸收电磁波，不吸收能量。”程强对记者说。崔铁军（左一）、程强在“人造电磁黑洞”实验装置前(东南大学资料图 丛 婕摄)
这是一个不具有危险性的“黑洞”，不仅如此，这种装置还能在未来用于收集太阳能。在这方面，“人造黑洞”将比世界上任何一种太阳能电池板都更高效。
“我们的确是受到他的论文的启发，但研究本身是我们独立完成的。”程强对记者说。
之所以能这么快将之变成现实，是因为他们所在的实验室也一直从事着这方面的研究，在理论和实验两方面都积累了很多年的经验，实验过程中也用到了很多他们自己的独创性想法。
不过虽然名为“黑洞”，他们受纳瑞马诺维启发而造的“黑洞”，和真正存在于宇宙中的黑洞还是有大差别的，这种差别并不仅仅体现在质量的大小上。两种“黑洞”的原理其实并不一样。
宇宙间的黑洞之所以能吞噬一切，是因为它质量巨大，而实验室里的“黑洞”，实际上是根据光波在被吸进宇宙黑洞时的性质，模拟出来的仪器，可以令光波接近时产生相似的扭曲，并被吸引。
也就是说，两种“黑洞”可以让附近的光波出现相似的“结局”，但是光波遇到的却并不是同一回事。
恒星是由炽热气体组成的，是能自己发光的球状或类球状天体。由于恒星离我们太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体。我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。

恒星结构
恒星都是气体星球。晴朗无月的夜晚，且无光污染的地区，一般人用肉眼大约可以看到6000多颗恒星，借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星大约有1500-2000亿颗，我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。恒星的两个重要的特征就是温度和绝对星等。大约100年前，丹麦的艾依纳尔·赫茨普龙（Einar Hertzsprung）和美国的享利·诺里斯·罗素（Henry Norris Russell ）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作主星序的对角线区域；在主星序中，恒星的绝对星等增加时，
恒星的演变
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，所以他们只处在该图的中下方。
恒星演化是一个恒星在其生命期内（发光与发热的期间）的连续变化。生命期则依照星体大小而有所不同。单一恒星的演化并没有办法完整观察，因为这些过程可能过于缓慢以致于难以察觉。因此天文学家利用观察许多处于不同生命阶段的恒星，并以计算机模型模拟恒星的演变。
天文学家赫茨普龙和哲学家罗素首先提出恒星分类与颜色和光度间的关
恒星——赫罗图
系，建立了被称为“赫-罗图的”恒星演化关系，揭示了恒星演化的秘密。“赫-罗图”中，从左上方的高温和强光度区到右下的低温和弱光区是一个狭窄的恒星密集区，我们的太阳也在其中；这一序列被称为主星序，90%以上的恒星都集中于主星序内。在主星序区之上是巨星和超巨星区；左下为白矮星区。
恒星是大质量、明亮的等离子体球。太阳是离地球最近的恒星，也是地球能量的来源。白天由于有太阳照耀，无法看到其他的恒星；只有在夜晚的时间，才能在天空中看见其他的恒星。恒星一生的大部分时间，都因为核心的核聚变而发光。核聚变所释放出的能量，从内部传输到表面，然后辐射至外太空。几乎所有比氢和氦更重的元素都是在恒星的核聚变过程中产生的。恒星天文学是研究恒星的科学。
天文学家经由观测恒星的光谱、光度和在空间中的运动，可以测量恒星的质量、年龄、金属量和许多其他的性质。恒星的总质量是决定恒星演化和最后命运的主要因素。其他特征，包括 直径、自转、运动和温度，都可以在演变的历史中进行测量。描述许多恒星的温度对光度关系的图，也就是赫罗图（HR图），可以测量恒星的年龄和演化的阶段。
恒星诞生于以氢为主，并且有氦和微量其他重元素的云气坍缩。一旦核心有足够的密度，有些氢就可以经由核聚变的过程稳定的转换成氦[1]。恒星内部多余的能量经过辐射和对流组合的携带作用传输出来；恒星内部的压力则阻止了恒星在自身重力下的崩溃。一旦在核心的氢燃料耗尽，质量不少于05太阳质量的恒星[2]，将膨胀成为红巨星，在某些情况下更重的化学元素会在核心或包围着核心的几层燃烧。这样的恒星将发展进入简并状态，部分被回收进入星际空间环境的物质，将使下一代恒星诞生时正元素的比例增加[3]。
恒星并非平均分布在星系之中，多数恒星会彼此受引力影响而形成聚星，如双星、三合星、甚至形成星团等由数万至数百万计的恒星组成的恒星集团。当两颗双星的轨道非常接近时，其引力作用或会对它们的演化产生重大的影响[4]，例如一颗白矮星从它的伴星获得吸积盘气体成为新星。形成　　在宇宙发展到一定时期，宇宙中充满均匀的中性原子气体云，大体积气体云由于自身引力而不稳定造成塌缩。这样恒星便进入形成阶段。在塌缩开始阶段，气体云内部压力很微小，物质在自引力作用下加速向中心坠落。当物质的线度收缩了几个数量级后，情况就不同了，一方面，气体的密度有了剧烈的增加，另一方面，由于失去的引力位能部分的转化成热能，气体温度也有了很大的增加，气体的压力正比于它的密度与温度的乘积，因而在塌缩过程中，压力增长更快，这样，在气体内部很快形成一个足以与自引力相抗衡的压力场，这压力场最后制止引力塌缩，从而建立起一个新的力学平衡位形，称之为星坯。
星坯的力学平衡是靠内部压力梯度与自引力相抗衡造成的，而压力梯度的存在却依赖于内部温度的不均匀性（即星坯中心的温度要高于外围的温度），因此在热学上，这是一个不平衡的系统，热量将从中心逐渐地向外流出。这一热学上趋向平衡的自然倾向对力学起着削弱的作用。于是星坯必须缓慢的收缩，以其引力位能的降低来升高温度，从而来恢复力学平衡；同时也是以引力位能的降低，来提供星坯辐射所需的能量。这就是星坯演化的主要物理机制。
最新观测发现S1020549恒星
下面我们利用经典引力理论大致的讨论这一过程。考虑密度为ρ、温度为T、半径为r的球状气云系统，气体热运动能量：
ET= RT= T
(1) 将气体看成单原子理想气体，μ为摩尔质量，R为气体普适常数
为了得到气云球的的引力能Eg，想象经球的质量一点点移到无穷远，将球全部移走场力作的功就等于-Eg。当球质量为m，半径为r时，从表面移走dm过程中场力做功：
dW=- =-G( )1/3m2/3dm
(2) 所以：-Eg=- ( )1/3m2/3dm= G( M5/3
于是：Eg=- (2），
气体云的总能量：E=ET+EG (3)
灵魂星云将形成新的行星
热运动使气体分布均匀，引力使气体集中。现在两者共同作用。当E>0时热运动为主，气云是稳定的，小的扰动不会影响气云平衡；当E<0时，引力为主，小的密度扰动产生对均匀的偏离，密度大处引力增大，使偏离加强而破坏平衡，气体开始塌缩。由E≤0得到产生收缩的临界半径：
(4) 相应的气体云的临界质量为：
(5) 原始气云密度小，临界质量很大。所以很少有恒星单独产生，大部分是一群恒星一起产生成为星团。球形星团可以包含10^5→10^7个恒星，可以认为是同时产生的。
我们已知：太阳质量：MΘ=2×10^33，半径R=7×10^10，我们带入（2）可得出太阳收缩到今天这个状态以释放的引力能
稳定期　　主序星阶段在收缩过程中密度增加，我们知道ρ∝r-3，由式（4),rc∝r3/2，所以rc比 r减小的更快，收缩气云的一部分又达到新条件下的临界，小扰动可以造成新的局部塌缩。如此下去在一定的条件下，大块气云收缩为一个凝聚体成为原恒星，原恒星吸附周围气云后继续收缩，表面温度不变，中心温度不断升高，引起温度、密度和气体成分的各种核反应。产生热能使气温升的极高，气体压力抵抗引力使原恒星稳定下来成为恒星，恒星的演化是从主序星开始的。
哈勃观测到两颗燃烧剧烈的超级恒星
恒星的成份大部分是H和He，当温度达到104K以上，即粒子的平均热动能达1eV以上，氢原子通过热碰撞就充分的电离了（氢的电离能是136eV），在温度进一步升高后，等离子气体中氢核与氢核的碰撞就可能引起核反应。对纯氢的高温气体，最有效的核反应系列是所谓的P-P链：
其中主要是2D(p，γ）3He反应。D含量只有氢的10-4左右，很快就燃完了。如果开始时D比3He含量多，则反应生成的3H可能就是恒星早期3He的主要来源，由于对流到达恒星表面的这种3He，有可能还保留到现在。
Li,Be,B等轻核和D一样结合能很低，含量只是H 的2×10-9K左右，当中心温度超过3×106K就开始燃烧，引起（p，α）和（p，α）反应，很快成为3He和4He。中心温度达到107K，密度达到 105kg/m3左右时，产生的氢转化为He的41H→4He过程。这主要是p-p和CNO循环。同时含有1H和4He是发生p-p链反应，有以下三个分支组成：
p-p1（只有1H) p-p2（同时有1H、4He) p-p3
或假设1H 和4He的重量比相等。随温度升高，反应从p-p1逐渐过渡到p-p3，
而当T>15×107K时，恒星中燃烧H的过程就可过渡到以CNO循环为主了。
当恒星内混杂有重元素C和N时，他们能作为触媒使1H变为4He，这就是CNO循环，CNO循环有两个分支：
或总反应率取决于最慢的14N(p，γ）15O、15N的（p，α）和（p，γ）反应分支比约为2500：1。
这个比值几乎与温度无关，所以在2500次CNO循环中有一次是CNO-2。
在p-p链和CNO循环过程中，净效果是H燃烧生成He：
在释放出的267MeV能量中，大部分消耗给恒星加热和发光，成为恒星的主要来源。
前面我们提到恒星的演化是从主星序开始的，那么什么是主星序呢？等H稳定地燃烧为He时，恒星就成了主序星。人们发现有百分之八十至九十的恒星都是主序星，他们共同特征是核心区都有氢正在燃烧，他们的光度、半径和表面温度都有所不同，后来证明：主序星的定量上差别主要是质量不同，其次是他们的年龄和化学成份，太阳这段历程约千万年。
观察到的主序星的最小质量大约为01M⊙。模型计算表明，当质量小于008M⊙时，星体的收缩将达不到氢的点火温度，从而形不成主序星，这说明对于主序星它有一个质量下限。观察到的主序星的最大质量大约是几十个太阳质量。理论上讲，质量太大的恒星辐射很强，内部的能量过程很剧烈，因此结构也越不稳定。但是理论上没有一个质量的绝对上限。
当对某一星团作统计分析时，人们却发现主序星有一个上限，这说明什么？我们知道，主序星的光度是质量的函数，这函数可分段的用幂式表示：
L∝Mν
其中υ不是一个常数，它的值大概在35到45之间。M大反映主序星中可供燃烧的质量多，而L大反映燃烧的快，因此主序星的寿命可近似用M与L的商标来标志：
T∝M-（ν-1)
即主序星寿命随质量增大而按幂律减小，如果整个星团已存在的年龄为T，那就可以由T与M的关系式求出一个截止质量MT。质量大于MT的主序星已结束核心的H燃烧阶段而不是主序星了，这就是观察到由大量同年龄星组成的星团有上限的原因。
现在我们就讨论观测到的恒星中大部分是主序星的原因，表1根据一25M⊙的恒燃烧阶段点火温度（K) 中心温度（g cm-3) 持续时间（yr)
H 4×107 4 7×106
He 2×108 6×102 5×105
C 7×108 6×105 5×102
Ne 15×109 4×106 1
O 2×109 1×107 5×10-2
Si 35×109 1×108 3×10-3
燃烧阶段的总寿命75×106
小质量的恒星（如太阳），起先会膨胀，在这个阶段的恒星我们称之为红巨星，然后会塌缩，变成白矮星，再成为黑矮星，最终消失。

化学组成　　以质量来计算，恒星形成时的比率大约是70%的氢和28%的氦，还有少量的其他重元素。因为铁是很普通的元素，而且谱线很容易测量到，因此典型的重元素测量是根据恒星大气层内铁含量。由于分子云的重元素丰度是稳定的，只有经由超新星爆炸才会增加，因此测量恒星的化学成分可以推断它的年龄。重元素的成份或许也可以显示是否有行星系统。