对于寿命只有几十年的生物（不到宇宙总年龄的百万分之一）而言，恒星的寿命如此之长，以至于它可能永远存在。尽管仅在我们的银河系中就有数千亿颗恒星，但大多数曾经生活过的人类从未亲眼见过恒星死亡。在我们自己的太阳系中，我们的母星太阳已经有近 46 亿年的历史，但太阳还需要 50 到 70 亿年才能进入其最后的演化阶段：那时它将变成一颗红巨星，吞噬掉太阳系的行星，并最终收缩成一颗白矮星。
就质量、颜色和寿命而言，恒星种类繁多。我们的宇宙自热大爆炸开始以来已经过去了令人印象深刻的 138 亿年，在此期间，在我们可观测到的部分形成了超过 10 的 10 亿亿次方颗恒星。虽然其中许多恒星已经死亡，但大多数已形成的恒星到今天仍然活着，而且大多数活着的恒星将比太阳长寿很多。
这足以让人产生疑问：恒星的寿命有多长？我们的宇宙中还能存在多久的恒星？截至 2024年，这些已经变成了现代科学能够解答的问题。
这张剖面图展示了太阳表面和内部的各个区域，包括核心，这是核聚变发生的唯一位置。随着时间的推移和氢的消耗，核心中含氦的区域会扩大，最高温度也会升高，从而导致太阳的能量输出增加。
在像我们的太阳这样的恒星内部，有两种极其强大的力量在其内部相互平衡：
1. 引力的作用：将恒星内部的每个粒子都不可抗拒地拉向中心，
2. 由于恒星核心发生的核聚变反应而产生的向外辐射压力。
如果这些力总体上不平衡，恒星就会膨胀或收缩，直到达到平衡状态。
这有助于我们理解为什么在质量谱的高端，恒星的质量越大，体积就越大。恒星的核心会发生核聚变：温度超过 400 万 K，这是恒星中启动氢聚变的（近似）温度阈值。然而，温度越高，聚变率就越高。在太阳中，中心温度高达 1500 万 K，随着聚变率的提高，温度也随之升高，因此恒星的体积也随之增大。如果我们观察恒星质量、恒星温度和恒星体积之间的关系，我们就会发现，随着恒星质量的增加，温度和体积也会急剧上升。
(现代) 摩根-基南光谱分类系统，上面标明了每个恒星等级的温度范围，单位为开尔文。当今绝大多数 (80%) 的恒星都是 M 级恒星，只有 1/800 的恒星是质量足以发生核心坍缩超新星的 O 级或 B 级恒星。我们的太阳是一颗 G 级恒星，并不引人注目，但比除约 5% 的恒星外的所有恒星都亮。虽然质量通常决定恒星的颜色寿命，但许多因素都会影响恒星的演化。
恒星质量与其颜色/温度和大小之间的关系比大多数人想象的更为密切。我们常说，「燃烧两倍明亮的火焰，寿命只有一半」，这是真的：对于从同等燃料储存中获取能量的火焰来说。然而，对于恒星来说，情况比普通火焰要复杂得多。如果我们将三颗恒星相互比较：
· 其中一个质量与太阳相当，
· 其中一个质量是太阳的两倍，
· 其中一个质量是太阳的十倍，
我们会发现它们之间存在一些截然不同的特性。
这张图片显示了从地球上看到的两个明亮的恒星系统：半人马座阿尔法星（左）和半人马座贝塔星（右）。虽然两者都是三元系统，但半人马座阿尔法星与太阳相似，距离我们只有 4 光年；半人马座贝塔星主要由质量约为太阳 10 倍的恒星组成，距离我们大约 400 光年。肉眼可见颜色差异。半人马座阿尔法星系统的成员比邻星位于红色圆圈内。
一般来说，恒星的寿命与其质量的立方成反比：质量为太阳两倍的恒星寿命仅为太阳的八分之一，而质量仅为太阳一半的恒星寿命应为太阳的八倍。（「立方」是一个近似值，因为在高质量端，该关系逐渐减小到质量的 2.5 次方，在低质量端，该关系逐渐增大到质量的 4 次方。）换句话说，恒星质量越小，寿命越长，而质量最大的恒星尽管燃料更多，但会更快燃烧，因此寿命最短。
据估计，质量最高的恒星的质量是太阳的数百倍（甚至更多），它们只能存活 100 万到 200 万年，然后就会在超新星爆炸等灾难性灾难中消亡。然而，随着质量越来越低，我们可以发现恒星有以下特点：
1· 燃料消耗得更慢，
2· 寿命更长，
3· 消亡的方式更加平和，
4· 有更多时间将物质从恒星深处运输到外层。
因此，如果我们想要了解寿命最长的恒星，我们就必须把注意力转向质量最小的恒星——红矮星，它们的命运与我们的太阳不同。
当一个垂死恒星系统的中心恒星温度升至约 30,000 K 时，它会变得足够热，足以电离之前喷出的物质，在类似太阳的恒星的情况下形成真正的行星状星云。在这里，NGC 7027 最近刚刚跨过这个门槛，并且仍在快速膨胀。它的直径仅为约 0.1 到 0.2 光年，是已知最小和最年轻的行星状星云之一。
太阳是人类研究最深入的恒星，事实证明，大约 20% 至 25% 的恒星与太阳相似。如果一颗恒星的质量介于太阳质量的 40% 至 8 倍之间，那么它的生命周期将与我们自己的恒星非常相似：
· 在其生命周期的大部分时间里，它会在核心中将氢融合成氦，
· 然后，当内核耗尽氢时，核心开始收缩，
· 恒星升温，膨胀，并开始燃烧围绕惰性核心的球壳中的氢，
· 然后核心经历所谓的「氦闪」，内部温度上升到约 2600 万 K 的阈值以上，从而开始氦聚变，
· 最后，当内核中的氦耗尽时，恒星会吹掉外层，形成行星状星云，而核心的残余部分则会收缩形成白矮星。
像太阳这样位于光谱低质量端的恒星的寿命可以接近惊人的 2000 亿年：是宇宙当前年龄的 10 倍多。
但对天文学家来说，恒星的定义是「任何在其核心进行氢聚变的物体」。大多数恒星（可能占所有恒星的 75-80%）都属于红矮星类别：其质量低于太阳质量的 40%，但仍在核心将氢聚变成氦。
这张照片展示了比邻星：目前距离我们太阳最近的恒星。虽然距离我们只有 4.24 光年，但比邻星甚至无法用肉眼看到，因为它本质上比太阳暗淡近 1000 倍。
这些红矮星的质量可能只有太阳质量的 7.5-8%，在许多重要方面与我们熟悉的恒星非常不同。比邻星是距离我们最近的红矮星，质量仅为太阳的 12%。
· 它们相对较小：通常仅比木星大一点，而木星本身的半径不到太阳的 10%。比邻星的半径仅为太阳的 15%。
· 它们暗淡无光，与类似太阳的恒星相比，发出的可见光非常少。例如，比邻星的质量是太阳的 12%，发出的可见光仅为太阳的 20,000 分之一。
· 它们温度较低，主要辐射红外线，而不是光谱的可见部分。比邻星的温度仅为 3000 K，辐射的能量仅为太阳总能量的 0.16%。
但真正让许多天文学家对红矮星感到惊奇的是，它燃烧核燃料的速度非常缓慢、均匀且温和，以至于这些恒星就是我们所说的完全对流恒星。恒星内部的粒子并不是简单地保持静止，而是可以稍微移动，因为来自内部的高能粒子可以被输送到外部，而靠近外部的较冷粒子可以下沉到内部。这种情况发生在地球的地幔内部；发生在巨行星的大气层中；并且发生在整个红矮星内部。
恒星核心产生的能量必须经过大量电离物质才能到达光球层，然后辐射出去。太阳内部，核心周围有一个巨大的非对流辐射区，但在质量较低的恒星中，整个恒星可以在数百亿或数千亿年的时间尺度上对流，使红矮星能够 100% 地融合其中的氢。
类太阳恒星在核心和外对流区之间有较大的辐射区，而这些常见的低质量恒星则是完全对流的。这意味着粒子进出核心所需的时间小于核聚变燃烧核心氢燃料所需的时间。因此，类太阳恒星将完成其内核中的氢聚变，然后进入其生命的下一阶段，最终排出其外层中未燃烧的氢，而红矮星将在其一生中将其核物质进出核心数次，最终将其内部氢 100% 燃烧殆尽。
由于红矮星的质量相对于类太阳恒星较低，且核心温度较低，即使耗尽氢并开始收缩，红矮星也永远无法达到必要的核心温度，从而无法在核心中引发氦聚变。而今天的白矮星都是由类太阳恒星形成的，主要由碳、氧、氖和更重的元素组成，而这些红矮星将燃烧掉所有的氢，然后完全收缩成为白矮星，并且不会发生以下情况：
· 成为一个巨大的球体，
· 启动「壳」聚变，
· 点燃核心中的氦气，
· 在行星状星云中驱逐它们的外层。
这幅图像显示了哈勃太空望远镜拍摄的天狼星 A 和 B，它们分别是比太阳更蓝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样，由碳、氧、氖、钙和镁等元素组成。但在未来，氦白矮星也会出现：它们由完全对流的红矮星的残余物产生。
· 68 个木星质量（不确定度为 ±13），
· 温度仅为 2000 K，
· 仅发出太阳总光度的 0.014%，
· 半径仅比木星大约1%。
它在可见光波段非常暗淡，因此只能通过红外线望远镜才能发现，尽管距离我们只有 41.6 光年。作为一颗真正的恒星，它们的质量非常低，最终可能不及我们太阳系中发现的最大气态行星。
棕矮星的质量约为 0.013 至 0.080 倍太阳质量，它们会将氘+氘聚变成氦-3 或氚，其大小与木星大致相同，但质量要大得多。红矮星只大一点，但即使是这里显示的类太阳恒星也不是按比例显示的；它的直径约为低质量恒星的 7 倍。
但是，质量最小的红矮星能活多久呢？假设没有任何东西干扰它的生命周期，这意味着：
· 没有其他恒星与它合并或相互作用，
· 没有同伴从它身上吸走质量，
· 没有任何东西严重扰乱或破坏它，
我们估计其寿命可达到数万亿年。在估计这样一颗恒星的寿命时，存在着严重的不确定性，但最低估计约为 20 万亿年，最高估计约为 380 万亿年。
但这并不意味着 380 万亿年后夜空中将不再有星星。原因有三：
1. 尽管在我们宇宙历史的过去约 110 亿年里，恒星形成率总体上一直在下降，但新的恒星仍在富含气体的区域中继续形成，这些区域存在于我们的银河系和整个本星系群中。
2. 银河系和仙女座星系即将发生一次大星系合并，这将在 40 亿至 70 亿年后引发大量新恒星的产生，其中许多恒星的质量将极低。
3. 在更长的宇宙时间尺度上，宇宙中充满了被称为棕矮星的「失败恒星」，其中许多存在于双星系统中。当它们相互吸积并合并时，两颗质量足够大的棕矮星可以合并产生一颗新的红矮星，然后这颗红矮星可以燃烧至恒星的最大寿命。
正如恒星通常存在于双星、三星和更密集的多星系统中一样，棕矮星也是如此：失败的恒星。可能存在双棕矮星系统，其分离度足以使这些成分在很长一段时间后进入并合并，它们将在合并后形成的红矮星中点燃氢聚变。
换句话说，在目前存在的恒星中，寿命最长的恒星将存活数十到数百万亿年，最长寿命约为 380 万亿年。但宇宙仍在形成恒星，并且很可能在数万亿年后仍会以某种方式形成恒星。即使本星系群的星系都已合并在一起；即使我们宇宙气体的最后一丝痕迹也已消失；即使暗能量已加速远离我们星系群和星系团，我们仍将看到棕矮星合并在一起。
当两颗棕矮星合并，它们的总质量超过约 80 个木星质量的阈值时，就会产生一颗红矮星，一颗新恒星就会诞生。它的寿命为数万亿年（最多 380 万亿年），总有一天会形成最后一颗恒星，供我们本星系群的观察者看到。虽然很难想象这样的时间尺度，但可能有一颗或多颗恒星在几千万亿年后闪耀：这是宇宙现在年龄的数十亿倍。
尽管我们的宇宙可能不可避免地走向热寂——一种熵值达到最大、无法再提取能量的状态——但我们的宇宙将在未来很长一段时间内继续存在恒星。确定最长寿恒星的寿命到底有多长，这是一个我们已经取得巨大进展的研究领域，但最终的答案仍是一个未知数。
