如造父变星、天琴座RR型变星等，除此之外，一些处于演化早期的恒星也出现在这一区域中，如金牛座的T型星等，但这一类的恒星周围常有弥漫的气体云，而一般的红巨星则没有，这是两者现象的一个不同之处。各类质量的恒星转化为红巨星的现象是不同的，对于质量较小的恒星（小于太阳质量的一半），氢耗尽后中心发生十分缓慢的收缩，最终在未引起氦燃烧以前就处于简并态的电子气的平衡态，因而收缩就会停止，而外壳则稍稍向外膨胀一下，即失去了可见光谱的辐射能力，转化为核心物质周围的冷的星云，核心部分外层剩余的氢由于不足以支持星体的辐射而逐渐熄灭，逐渐向简并态电子气平衡的核心收缩。星体核心物质转化为一颗白矮星而消亡，质量更大一些的、在太阳质量1.8—2.2倍以下的恒星，氢耗尽以后核心也收缩为电子气的简并态平衡状态，由于外层的氢燃烧产生的氦不断加入，氦核心质量不断增大，因而缓慢向内收缩，当中心的氦核心质量增大到0.45个太阳质量时，氦核心收缩的温度使氦被点燃，核心物质在简并态电子气平衡的条件下发生核燃烧，产生的热量使氦核心发生膨胀，进而恢复为电子气的非兼并态，然后形成稳定的核燃烧，质量更大的恒星，内部会在非简并态下直接发生核燃烧。

对于质量在太阳1.5倍以下的恒星，它在赫罗图的移动轨迹是一条底部略有曲折的斜向的曲线，当恒星移动到这条曲线的顶端时，即发生氦燃烧，尔后，由于恒星物质的热逃逸，氦燃烧变得平稳，光度下降【】，移至略向左倾斜一点的位置，处于长期的停留状态，而质量在太阳1.5倍以的恒星，在赫罗图的移动曲线主要表现为一条水平的曲折的向移动的轨迹，对于质量在太阳10倍以下的恒星，在移向赫罗图右端时发生氦燃烧，质量大于太阳10倍的恒星，在离开主序后的左端部位即发生氦燃烧，氦燃烧的结果是生成碳。

这个反应通常称为反应，实际是按照面两步进行的，直接进行反应的几率很小，由于生成的铍是具有放射性的，只要在非常短的时间内就会重新分解为氦，所以第二步的反应必须紧接着第一步的反应很快地进行，反应才能完整地发生，这就要求星体内部具有较高的密度和温度，这和氢的燃烧大不相同了。恒星内部的氦燃烧的时间比氢燃烧短得多，像太阳这样的恒星可持续10亿年，而质量在太阳几倍到几十倍的恒星，就只有几十万年到几千年，比主序星的寿命短得多，这就是为什么恒星大多分布集中在主序的原因。

恒星开始核反应后在反抗引力的持久斗争中，其主要武器就是核能。它的核心就是一颗大核弹，在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡，恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。热核反应发生在极高温度的原子核之间，因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心，温度达到一千五百万开氏度，压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下，不仅原子失去了所有电子而只剩下核，而且原子核的运动速度也是如此之高，以至于能够克服电排斥力而结合起来，这就是核聚变。

恒星是在氢分子云的中心产生的，因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素，它的原子核就是一个带正电荷的质子，还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离，而质子就像气体中的分子在所有方向运动。由于同种电荷互相排斥，质子就被一种电“盔甲”保护着，从而与其他质子保持距离。但是，在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下，质子运动得如此之快，以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起，而不是像橡皮球那样再弹开。四个质子聚合，就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七，但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。像太阳那样的恒星有一个巨大的核，在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。

然而，“恒定”的演化历程终将结束，当所有的氢都变成了氦时，核心的火就没有足够的燃料来维持，恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头，大动荡的时期来到了。一旦燃料用光，热核反应的速率立即剧减，引力与辐射压之间的平衡被打破了，引力占据了风。有着氦核和氢外壳的恒星，在自身的重力下开始收缩，压强、密度和温度都随之升高，于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧，产生的结果是外壳开始膨胀，而核心在收缩

在大约一亿度的高温下，恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核，碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆（氦闪耀），而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后，核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氦在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。但是，调整是要付出代价的，这时的恒星将膨胀得极大，以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

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