當我們觀看天穹上的恆星時,我們會得到恆星很少變化的印象。確實，我們今天所看到的星空與我們的古人在5000年前所看到的並無明顯區別。但是,恆星在變化。它們就象人類那樣,有它們的誕生、成長和死亡。
與我們人類的幾百萬年歷史相比，恆星的壽命是太漫長了，所以我們只是偶爾看到恆星在我們眼前變化。然而，天文學家卻能通過辯認處於不同時期的恆星推斷恆星的一生經歷。
設想有一個火星人來到地球上，只在一群買東西的人中間停留片刻，所以看不出有什麼人在他面前變老，但他看到了許多處於不同時期的人：嬰兒、老人、中年人、婦女。根據這些情況，火星人可以推斷出人們是如何誕生、成長和最終進入他們生命的終點的。
類似地，天文學家能夠辯認出正在誕生的恆星、處於中年的恆星和垂死的恆星。那麼，天文學家是如何知道一顆恆星正處於它一生的那個時期的呢？這個答案來自用物理定律詳述恆星一生的理論。這個「恆星起源與演化」理論是20世紀自然科學的偉大成就之一。
一、恆星的誕生
恆星是從瀰漫在整個宇宙中的稀薄氣體中誕生的。這種氣體主要是由氫原子所組成,此外還含有少量的氦。在有些地方，這種氣體一塊兒聚集在十分濃厚的星際氣體雲之中。在那裡有些氣體凝縮為單獨的一個個「氣團」。
天文學家發現，氣團會以差別很大的方式瓦解。氣團的中心部分很快地往裡收縮,而其外部則以較慢的速度隨之收縮。整個氣團除不斷往裡收縮之外還在由慢而快地發生自轉。其結果是，這個內部轉得比較迅速的氣團形成一個園盤，在其中心處氣體被壓縮得越來越緊密，以致其溫度上升到1000萬K，熱得足以進行恆星的熱核反應。這種核反應把氫聚變為氦並產生出巨大的能量。其結果使氣團開始發光，於是一顆恆星就誕生了。而在這個園盤的中心之外，其中的氣體和塵埃最終形成一系列環繞新生恆星的行星。
總之，當一顆恆星誕生時，它是一個主要由氫組成的熾熱的氣體球。它之所以發光是因為在其中心處進行著把氫聚變為氦的核反應。從這個意義上說，所有的新生恆星是相同的。
二、恆星一生的主要時期：主序星階段
所謂主序星階段就是指從恆星內核中的氫點火燃燒到全部變成氦的整個過程，其能源主要來自恆星核中的氫聚變。由於恆星中氫的含量很大，並且氫聚變為氦的反應比較平緩，所以恆星在主星序階段上可以停留很長時間。事實上，主序星階段正是恆星一生中最長的一個階段。
標誌一顆恆星的最重要的東西是它的質量，即它所包含的物質數量。一顆恆星的質量在它誕生時就被確定，它決定著恆星的壽命和最終結局。
我們的太陽是一顆十分典型的恆星，現在正處於中年，所以它成為測量別的恆星的一把方便的尺子。例如，一顆恆星重20000億億億頓，我們可以換句話把它說成有10個太陽那樣重。按照這個標準，新生恆星的質量包括一個很寬的範圍:從0.07個太陽質量那樣重到120個太陽質量那樣重。在最重的恆星中,核反應進行得最為激烈，核燃料消耗得特別快，其表面溫度和亮度都格外高。而在較輕的恆星中核聚變進行得較為平緩，核燃料消耗得比較慢，其表面溫度和亮.度相對比較低。
恆星的壽命對我們來說是太長了，所以為了便於比較，我們可以再次把太陽作為參照物。根據理論推測，太陽作為一顆主序星總共要經歷100億年時間。最重的恆星的壽命為這個時間的千分之一。那些很輕的恆星的壽命大概至少要比太陽長100倍。
三、恆星的晚年：紅巨星階段
一旦恆星內核中的氫全部聚變成氦，這個內核就成為一個氦球。在氦球的溫度還沒有達到能使氦成為新的核燃料之前，它就無力產生強大的輻射壓力。於是在引力的作用下，氦球收縮增溫，導致周圍殼層的溫度上升，引燃殼層的氫燃燒。在恆星內部，氦球因收縮增溫，導致氦燃料點火燃燒。此時的恆星，核心燃燒著氦，其外圍殼層燃燒著氫，所產生的能量把恆星外層物質往外推。於是恆星的體積膨脹，表面溫度下降。當表面溫度降至4000 K以下時，發出的主要是帶紅色的光，整個恆星表面又大又紅，成為一顆不斷膨脹的紅巨星。
如果我們可以把整個紅巨星切開，那麼我們就會發現，它有一個很小很密的核和一個很大的稀薄氣體外殼。與主序星相比，紅巨星是不尋常的，因為它們非常巨大，所以它們看起來很明亮並在我們的視野裡顯得很引人注目。最著名的是獵戶座中的參宿四；另一個是天蠍座中的大火，其希臘名稱的意思是「火星的競爭者」，因為它具有燦爛的紅色。所有恆星都會變成紅巨星，但不同質量的恆星在紅巨星階段的演化過程與最終結局卻有所不同。
四丶恆星的結局
質量較小的恆星變成紅巨星後不久難以維持它的巨大的外殼，會變得不穩定起來。氦燃料全部燒完之後，剩下的由碳和氧組成的核心又會產生收縮 ，但因其總質量不夠，溫度達不到產生碳氧核反應的程度，只能停留在圍繞碳、氧核心，維持雙殼層氫、氦燃燒的階段。最後結局是，其外殼離開恆星中心部分，而中心部分則形成一顆白矮星。外殼的氣體最終進入宇宙空間。這些氣體在完全消失之前形成一個環繞垂死恆星的氣泡，其情景猶如一個在宇宙中發光的煙環。天文學家把這種氣泡叫做「行星狀星雲」。因為當你用一架小望遠鏡觀察時，它們看起來很象一顆行星。在這種恆星的外殼消失之後，我們能看到這個很小很熱的核。其直徑只有太陽的1000分之一，與地球差不多大，它熱得發白光。天文學家把它叫做「白矮星」。雖然白矮星的體積與地球差不多大，只有太陽體積的100萬分之一，但是它們的質量卻與太陽差不多，因此其密度為太陽的100萬倍。因為白矮星會隨著時間推移會逐漸變暗，最終變為一顆黑矮星，被一些殘存的行星所圍繞。
一顆大質量恆星在度過了它的主序星階段之後，會變成一顆紅巨星並開始往一顆超新星發展。一顆大質量恆星用完它核心中的氫之後，先是膨脹成為核心完全是氦的紅巨星。但這並非是這個故事的結局。在這樣一顆重恆星裡面，溫度和壓力持續上升，直至氦元素聚變為碳元素。這種核反應產生格外多的能量以維持恆星發光。隨著溫度和壓力的增加，致使碳變為更重的元素，如氖、矽，直到聚變成最穩定的鐵為止。在這一點上，恆星的核好象一個洋蔥頭，從裡到外具有鐵、矽、氖、氦和氫的同心圈層。鐵是非常穩定的元素。如果你企圖繼續溶化鐵核，那麼這個反應並不產生能量，實際是帶走能量。所以，恆星的中心這時是不穩定的。在不過幾秒鐘內,它完全坍塌。由核坍塌產生的巨大能量在超新星爆發時摧毀了這顆恆星，那些比鐵更重的元素正是在此爆發的過程中所產生的。
那麼，一顆超新星的核坍塌將會產生怎樣的結局呢？
如果一顆超新星坍塌而成的核的質量在太陽質量的1.44倍與3.2倍之間，其結果是坍塌成一顆中子星。一顆中子星的直徑只有25千米，其中的物質緊緊地擠壓在一起，以致於從中子星裡取一塊針頭那麼大的物質就會有100萬頓質量。
如果一顆超新星坍塌而成的核的質量超過太陽質量的3.2倍，那麼它就不能以中子星作為結局。它自身的引力是如此之強，以致它的核繼續坍塌，直至成為一個沒有大小、密度極大的數學上的點。圍繞這個點有一個直徑只有幾千米的區域，這裡引力強得使任何東西、甚至於連光都不能逃逸出去,這就是黑洞。它之所以「黑」，是因為它連光也不能逃逸出去,即使如果你企圖照亮它，那麼這個黑洞也會吞咽來自你的火炬的光束。它之所以是一個「洞」，是因為你投入任何東西都會再也出不來了。
中小質量的恆星死亡時成為一個行星狀星雲。而超新星的爆發則把新元素播撒到宇宙中去。諸如碳、鐵、金以及甚至是鈾和別的放射性元素之類的新元素是在恆星生存時期或是垂死掙扎時增添的。
由超新星臨終拋發出來的物質可以形成星雲，星雲則可收縮凝聚成為一顆新一代恆星。這種新生恆星將包含較少的氫和較多的新增元素。所以一顆恆星就象一隻長生鳥，一顆成為超新星的恆星的死亡，可以促使新一代恆星的誕生。
現在天文學家確信,當宇宙在大爆炸中開始時，這些氣體幾乎全是氫和氦。垂死的恆星形成所有其他元素，包括形成地球的矽氧鐵和構成我們人體的碳和其他元素。所以，我們應把我們不尋常的存在歸功於過去若干代恆星的產生與死亡。可以說，我們的地球乃至於我們人類自身都是星塵的孩子。