为什么恒星质量越大寿命越短「小恒星寿命可达万亿年大恒星只有几百万年恒星为啥越大越短命」

晴朗的夜空中，我们所能看到的星星大部分都是恒星，除了距离因素之外，通常是质量越大的恒星越亮，越小的恒星越暗（红矮星和橙矮星无法直接目视）。但是也是质量越大越亮的恒星的寿命越短，而越小越暗的恒星寿命越长，这又是为什么呢？

根据质量大小的不同，恒星又可以分为很多类型，简单来说，从小到大就是红矮星、橙矮星、黄矮星、蓝矮星、蓝巨星、超巨星和特超巨星等。其中以红矮星的寿命最长，预估可达数千甚至上万亿年，而特超巨星的寿命最短，通常不超300万年。

那么为什么会有这么巨大的差别呢？这是因为红矮星的质量较小，所以自身的引力也小，其内部产生的高温高压也比较低，只可以启动核心部分的氢核聚变，而且由于温度较低，物质聚变的速率非常慢，所以红矮星可以聚变数千甚至上万亿年，橙矮星可以聚变150到500亿年，我们的太阳属于一颗黄矮星，还可以聚变100~120亿年。

质量越大的星体，其内部的温度越高，星体活动越活跃，所以其内部核聚变区域越大，聚变的速度也越快。假如一颗恒星表面以下10万公里深处可以进行核聚变，那么直径20万公里的恒星将只在最核心处聚变，直径30万公里的恒星，最中心的直径10万公里区域可以进行核聚变，直径300万公里的恒星，内部280万公里的区域都可以进行核聚变，而且由于星体质量越大，内部温度越高，星体活动越剧烈，核聚变进行的速度也越快，质量越大的恒星寿命越短，有些特超巨星的寿命甚至不会超过300万年。

质量不同的恒星演变成的星体也不一样，红矮星和橙矮星内部的核聚变进行完之后，它们会渐渐熄灭，最终成为一颗黑矮星；而像太阳这样的黄矮星以及蓝矮星内部的核聚变熄灭之后会成为白矮星，之后再经过长时间的降温才会成为黑矮星；比太阳质量大8倍的恒星，在内部核聚变进行了铁元素的时候，会发生超新星爆发，形成中子星；那比太阳质量大25倍的恒星内部核聚变进行到铁元素的时候也会发生超新星爆发，但是它会成为黑洞。所以不同质量的恒星不但寿命不一样，主序星阶段结束之后所形成的星体也是不一样的。

小恒星寿命可达万亿年，大恒星只有几百万年，恒星为啥越大越短命？

简单的回答是：大质量恒星有更多的燃料，但它们燃烧的温度也更高。

虽然我们没有看到很多恒星死亡，但我们可以通过我们对它们如何工作的了解，很好地估算它们的寿命。

与人类的寿命相比，恒星的寿命非常长。你的曾曾爷爷奶奶看到的星星和你今晚看到的一样(如果天气晴朗的话)。

我们的一生是以年为单位来衡量的。恒星的寿命是以数百万年为单位来衡量的。即使恒星的时间尺度是巨大的，我们还是有可能知道恒星是如何诞生、生存和死亡的。

由于引力因素，恒星质量是决定恒星形状的一个重要因素。事实上，恒星的所有其他方面，如亮度、温度、大小、密度等，都可以用恒星的基本性质来解释：质量。

恒星的光度、温度、大小等也与恒星的组成有轻微的关系，但由于恒星大多是氢和氦，所以恒星的质量是最重要的量。

质量和光度的关系

恒星将经历的阶段以及它在每个阶段的持续时间也取决于质量(与组成有一点关系，这里忽略)。大质量恒星比小质量恒星进化得更快。

我们可以用压缩气体的基本原理解释了光度和质量之间的关系（这里不讨论）。质量的轻微增加会使恒星的光度大大增加。

恒星因其核心的核聚变反应而发光。它们越亮，它们的核心发生的反应就越多。大质量恒星比普通的小恒星寿命短，因为即使它们有更多的氢用于核反应，它们消耗燃料的速度也要快得多。

大质量恒星类似于几十年前拥有大油箱的大耗油汽车，而小恒星类似于今天节省汽油的小经济汽车。

如何计算恒星寿命

这是一个简单的计算：寿命=燃料量/消耗率。如果你的车有一个15加仑的油箱，并且它在高速公路上每小时消耗2加仑，那么你的车可以行驶15加仑/(2加仑/小时)= 7.5小时。

星星也是如此。用于核聚变的燃料量与恒星最初通过核反应产生能量时的总质量成正比，因此燃料量= k×初始质量。

消耗速率就是恒星的光度，所以恒星将作为主序恒星存在的时间= k×初始质量/光度。

如果恒星的质量和光度是相对太阳的单位，那么恒星的寿命=质量/光度1010年。我们知道，在太阳的核心耗尽氢之前，它将存在100亿年(1010年)。

为了通过流体静力学平衡保持稳定，恒星的光度随着质量的增加而增加，比例为：（恒星质量）p。指数p的值在3和4之间变化。

对于罕见的大质量恒星(M* > 30 M太阳)， p = 3，对于较常见的低质量恒星(M* < 10 M太阳)， p = 4。

我们可以用质量和光度关系来求出恒星的寿命（只根据它的初始质量）。寿命=质量/光度×1010年=(恒星质量)/[(恒星质量)p]×1010年= 1/(恒星质量)p-1×1010年。

记住，这里恒星的质量是以太阳质量为单位的。

小恒星寿命可达万亿年，大恒星只有几百万年，恒星为什么越大越短命？

宇宙的主要元素构成是氢、氦、锂等轻元素，强大的天文望远镜观测到的宇宙初起时的恒星都是氢丰度非常高的，几乎不含其他元素，正是因为宇宙初起时的炙热状态下只能形成较轻的元素，然后才是氧、氮等较重元素，最后才是铁及铁之后的元素，这些元素都是恒星制造出来的，恒星的内部由于恒星形成时的不断碰撞，温度很高，加上质量大引力大，内部的压力就很大，高温使物质热运动十分剧烈，压力使得粒子的自由碰撞可以克服库仑斥力结合在一起形成新的元素核。质量更大的恒星，内部温度压力更高，更利于核聚变的发生。

质量小的恒星，其在内部产生的温度和压强也越小。比如红矮星，质量在太阳的0.08倍到0.8倍之间，由于自身引力有限，只有在恒星的核心区域能够达到氢元素聚变所需的高温高压条件。

在这样的情况下，恒星的氢元素聚变是细水长流的状态，就像一块缓慢燃烧的木炭。恒星寿命可达千亿年甚至万亿年。像这样能够稳定燃烧千亿年之久的恒星，在其星系的宜居带内很有可能产生生命并进化出文明。

太阳虽然相对的弱小，但是它比那些看起来很强大的恒星的寿命长啊，而且长很多。

太阳与比它大上万上亿倍大的恒星相比，太阳内部实际上可产生核聚变的区域仅有其核心的区域。我们以飞镖的十环靶子作为比较，如果太阳真正能起到核聚变反应的区域为八环以内的核心区域，那么比太阳大上千上亿倍的恒星的核聚变反应区域就应该会大到三环以内的区域