對於壽命只有幾十年的生物（不到宇宙總年齡的百萬分之一）而言，恒星的壽命如此之長，以至於它可能永遠存在。盡管僅在我們的銀河系中就有數千億顆恒星，但大多數曾經生活過的人類從未親眼見過恒星死亡。在我們自己的太陽系中，我們的母星太陽已經有近 46 億年的歷史，但太陽還需要 50 到 70 億年才能進入其最後的演化階段：那時它將變成一顆紅巨星，吞噬掉太陽系的行星，並最終收縮成一顆白矮星。
就質素、顏色和壽命而言，恒星種類繁多。我們的宇宙自熱大爆炸開始以來已經過去了令人印象深刻的 138 億年，在此期間，在我們可觀測到的部碎形成了超過 10 的 10 億億次方顆恒星。雖然其中許多恒星已經死亡，但大多數已形成的恒星到今天仍然活著，而且大多數活著的恒星將比太陽長壽很多。
這足以讓人產生疑問：恒星的壽命有多長？我們的宇宙中還能存在多久的恒星？截至 2024年，這些已經變成了現代科學能夠解答的問題。
這張剖面圖展示了太陽表面和內部的各個區域，包括核心，這是核聚變發生的唯一位置。隨著時間的推移和氫的消耗，核心中含氦的區域會擴大，最高溫度也會升高，從而導致太陽的能量輸出增加。
在像我們的太陽這樣的恒星內部，有兩種極其強大的力量在其內部相互平衡：
1. 重力的作用：將恒星內部的每個粒子都不可抗拒地拉向中心，
2. 由於恒星核心發生的核聚變反應而產生的向外輻射壓力。
如果這些力總體上不平衡，恒星就會膨脹或收縮，直到達到平衡狀態。
這有助於我們理解為什麽在質素譜的高端，恒星的質素越大，體積就越大。恒星的核心會發生核聚變：溫度超過 400 萬 K，這是恒星中啟動氫聚變的（近似）溫度閾值。然而，溫度越高，聚變率就越高。在太陽中，中心溫度高達 1500 萬 K，隨著聚變率的提高，溫度也隨之升高，因此恒星的體積也隨之增大。如果我們觀察恒星質素、恒星溫度和恒星體積之間的關系，我們就會發現，隨著恒星質素的增加，溫度和體積也會急劇上升。
(現代) 摩根-基南光譜分類系統，上面標明了每個恒星等級的溫度範圍，單位為克耳文。當今絕大多數 (80%) 的恒星都是 M 級恒星，只有 1/800 的恒星是質素足以發生核心塌縮超新星的 O 級或 B 級恒星。我們的太陽是一顆 G 級恒星，並不引人註目，但比除約 5% 的恒星外的所有恒星都亮。雖然質素通常決定恒星的顏色壽命，但許多因素都會影響恒星的演化。
恒星質素與其顏色/溫度和大小之間的關系比大多數人想象的更為密切。我們常說，「燃燒兩倍明亮的火焰，壽命只有一半」，這是真的：對於從同等燃料儲存中獲取能量的火焰來說。然而，對於恒星來說，情況比普通火焰要復雜得多。如果我們將三顆恒星相互比較：
· 其中一個質素與太陽相當，
· 其中一個質素是太陽的兩倍，
· 其中一個質素是太陽的十倍，
我們會發現它們之間存在一些截然不同的特性。
這張圖片顯示了從地球上看到的兩個明亮的恒星系統：半人馬座Alpha星（左）和半人馬座Beta星（右）。雖然兩者都是三元系統，但半人馬座Alpha星與太陽相似，距離我們只有 4 光年；半人馬座Beta星主要由質素約為太陽 10 倍的恒星組成，距離我們大約 400 光年。肉眼可見顏色差異。半人馬座Alpha星系統的成員比鄰星位於紅色圓圈內。
一般來說，恒星的壽命與其質素的立方成反比：質素為太陽兩倍的恒星壽命僅為太陽的八分之一，而質素僅為太陽一半的恒星壽命應為太陽的八倍。（「立方」是一個近似值，因為在高質素端，該關系逐漸減小到質素的 2.5 次方，在低質素端，該關系逐漸增大到質素的 4 次方。）換句話說，恒星質素越小，壽命越長，而質素最大的恒星盡管燃料更多，但會更快燃燒，因此壽命最短。
據估計，質素最高的恒星的質素是太陽的數百倍（甚至更多），它們只能存活 100 萬到 200 萬年，然後就會在超新星爆炸等災難性災難中消亡。然而，隨著質素越來越低，我們可以發現恒星有以下特點：
1· 燃料消耗得更慢，
2· 壽命更長，
3· 消亡的方式更加平糊，
4· 有更多時間將物質從恒星深處運輸到外層。
因此，如果我們想要了解壽命最長的恒星，我們就必須把註意力轉向質素最小的恒星——紅矮星，它們的命運與我們的太陽不同。
當一個垂死恒星系統的中心恒星溫度升至約 30,000 K 時，它會變得足夠熱，足以電離之前噴出的物質，在類似太陽的恒星的情況下形成真正的行星狀星雲。在這裏，NGC 7027 最近剛剛跨過這個門檻，並且仍在快速膨脹。它的直徑僅為約 0.1 到 0.2 光年，是已知最小和最年輕的行星狀星雲之一。
太陽是人類研究最深入的恒星，事實證明，大約 20% 至 25% 的恒星與太陽相似。如果一顆恒星的質素介於太陽質素的 40% 至 8 倍之間，那麽它的生命周期將與我們自己的恒星非常相似：
· 在其生命周期的大部份時間裏，它會在核心中將氫融合成氦，
· 然後，當內核耗盡氫時，核心開始收縮，
· 恒星升溫，膨脹，並開始燃燒圍繞惰性核心的球殼中的氫，
· 然後核心經歷所謂的「氦閃」，內部溫度上升到約 2600 萬 K 的閾值以上，從而開始氦聚變，
· 最後，當內核中的氦耗盡時，恒星會吹掉外層，形成行星狀星雲，而核心的殘余部份則會收縮形成白矮星。
像太陽這樣位於光譜低質素端的恒星的壽命可以接近驚人的 2000 億年：是宇宙當前年齡的 10 倍多。
但對天文學家來說，恒星的定義是「任何在其核心進行氫聚變的物體」。大多數恒星（可能占所有恒星的 75-80%）都屬於紅矮星類別：其質素低於太陽質素的 40%，但仍在核心將氫聚變成氦。
這張照片展示了比鄰星：目前距離我們太陽最近的恒星。雖然距離我們只有 4.24 光年，但比鄰星甚至無法用肉眼看到，因為它本質上比太陽暗淡近 1000 倍。
這些紅矮星的質素可能只有太陽質素的 7.5-8%，在許多重要方面與我們熟悉的恒星非常不同。比鄰星是距離我們最近的紅矮星，質素僅為太陽的 12%。
· 它們相對較小：通常僅比木星大一點，而木星本身的半徑不到太陽的 10%。比鄰星的半徑僅為太陽的 15%。
· 它們暗淡無光，與類似太陽的恒星相比，發出的可見光非常少。例如，比鄰星的質素是太陽的 12%，發出的可見光僅為太陽的 20,000 分之一。
· 它們溫度較低，主要輻射紅外線，而不是光譜的可見部份。比鄰星的溫度僅為 3000 K，輻射的能量僅為太陽總能量的 0.16%。
但真正讓許多天文學家對紅矮星感到驚奇的是，它燃燒核燃料的速度非常緩慢、均勻且溫和，以至於這些恒星就是我們所說的完全對流恒星。恒星內部的粒子並不是簡單地保持靜止，而是可以稍微移動，因為來自內部的高能粒子可以被輸送到外部，而靠近外部的較冷粒子可以下沈到內部。這種情況發生在地球的地幔內部；發生在巨行星的大氣層中；並且發生在整個紅矮星內部。
恒星核心產生的能量必須經過大量電離物質才能到達光球層，然後輻射出去。太陽內部，核心周圍有一個巨大的非對流輻射區，但在質素較低的恒星中，整個恒星可以在數百億或數千億年的時間尺度上對流，使紅矮星能夠 100% 地融合其中的氫。
類太陽恒星在核心和外對流區之間有較大的輻射區，而這些常見的低質素恒星則是完全對流的。這意味著粒子進出核心所需的時間小於核聚變燃燒核心氫燃料所需的時間。因此，類太陽恒星將完成其內核中的氫聚變，然後進入其生命的下一階段，最終排出其外層中未燃燒的氫，而紅矮星將在其一生中將其核物質進出核心數次，最終將其內部氫 100% 燃燒殆盡。
由於紅矮星的質素相對於類太陽恒星較低，且核心溫度較低，即使耗盡氫並開始收縮，紅矮星也永遠無法達到必要的核心溫度，從而無法在核心中引發氦聚變。而今天的白矮星都是由類太陽恒星形成的，主要由碳、氧、氖和更重的元素組成，而這些紅矮星將燃燒掉所有的氫，然後完全收縮成為白矮星，並且不會發生以下情況：
· 成為一個巨大的球體，
· 啟動「殼」聚變，
· 點燃核心中的氦氣，
· 在行星狀星雲中驅逐它們的外層。
這幅影像顯示了哈伯太空望遠鏡拍攝的天狼星 A 和 B，它們分別是比太陽更藍更亮的恒星和白矮星。天狼星 B 和目前存在的所有白矮星一樣，由碳、氧、氖、鈣和鎂等元素組成。但在未來，氦白矮星也會出現：它們由完全對流的紅矮星的殘余物產生。
· 68 個木星質素（不確定度為 ±13），
· 溫度僅為 2000 K，
· 僅發出太陽總光度的 0.014%，
· 半徑僅比木星大約1%。
它在可見光波段非常暗淡，因此只能透過紅外線望遠鏡才能發現，盡管距離我們只有 41.6 光年。作為一顆真正的恒星，它們的質素非常低，最終可能不及我們太陽系中發現的最大氣態行星。
棕矮星的質素約為 0.013 至 0.080 倍太陽質素，它們會將氘+氘聚變成氦-3 或氚，其大小與木星大致相同，但質素要大得多。紅矮星只大一點，但即使是這裏顯示的類太陽恒星也不是按比例顯示的；它的直徑約為低質素恒星的 7 倍。
但是，質素最小的紅矮星能活多久呢？假設沒有任何東西幹擾它的生命周期，這意味著：
· 沒有其他恒星與它合並或相互作用，
· 沒有同伴從它身上吸走質素，
· 沒有任何東西嚴重擾亂或破壞它，
我們估計其壽命可達到數萬億年。在估計這樣一顆恒星的壽命時，存在著嚴重的不確定性，但最低估計約為 20 萬億年，最高估計約為 380 萬億年。
但這並不意味著 380 萬億年後夜空中將不再有星星。原因有三：
1. 盡管在我們宇宙歷史的過去約 110 億年裏，恒星形成率總體上一直在下降，但新的恒星仍在富含氣體的區域中繼續形成，這些區域存在於我們的銀河系和整個本星系群中。
2. 銀河系和仙女座星系即將發生一次大星系合並，這將在 40 億至 70 億年後引發大量新恒星的產生，其中許多恒星的質素將極低。
3. 在更長的宇宙時間尺度上，宇宙中充滿了被稱為棕矮星的「失敗恒星」，其中許多存在於雙星系統中。當它們相互吸積並合並時，兩顆質素足夠大的棕矮星可以合並產生一顆新的紅矮星，然後這顆紅矮星可以燃燒至恒星的最大壽命。
正如恒星通常存在於雙星、三星和更密集的多星系統中一樣，棕矮星也是如此：失敗的恒星。可能存在雙棕矮星系統，其分離度足以使這些成分在很長一段時間後進入並合並，它們將在合並後形成的紅矮星中點燃氫聚變。
換句話說，在目前存在的恒星中，壽命最長的恒星將存活數十到數百萬億年，最長壽命約為 380 萬億年。但宇宙仍在形成恒星，並且很可能在數萬億年後仍會以某種方式形成恒星。即使本星系群的星系都已合並在一起；即使我們宇宙氣體的最後一絲痕跡也已消失；即使暗能量已加速遠離我們星系群和星系團，我們仍將看到棕矮星合並在一起。
當兩顆棕矮星合並，它們的總質素超過約 80 個木星質素的閾值時，就會產生一顆紅矮星，一顆新恒星就會誕生。它的壽命為數萬億年（最多 380 萬億年），總有一天會形成最後一顆恒星，供我們本星系群的觀察者看到。雖然很難想象這樣的時間尺度，但可能有一顆或多顆恒星在幾千萬億年後閃耀：這是宇宙現在年齡的數十億倍。
盡管我們的宇宙可能不可避免地走向熱寂——一種熵值達到最大、無法再提取能量的狀態——但我們的宇宙將在未來很長一段時間內繼續存在恒星。確定最長壽恒星的壽命到底有多長，這是一個我們已經取得巨大進展的研究領域，但最終的答案仍是一個未知數。
