ดาวฤกษ์ที่เห็นบนท้องฟ้าส่วนมากเป็น ดาวลำดับหลัก (Main Sequence Stars) ซึ่งอยู่ในช่วงที่ทำการหลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม แต่เมื่อดาวใกล้หมดอายุจะออกจากลำดับหลักและขยายตัวเป็น ดาวยักษ์แดง (Red Giant) และจะมีการวิวัฒนาการที่แตกต่างกันตามมวลตั้งต้นของดาวฤกษ์ ดังนี้
- ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่า 2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
จะจบชีวิตเป็น ดาวแคระขาว (White Dwarf) ซึ่งจะมีองค์ประกอบหลักเป็น คาร์บอน และ ออกซิเจน โดยไม่มีการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อไป - ดาวฤกษ์ที่มีมวลระหว่าง 2 ถึง 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
จะจบชีวิตเป็น ดาวแคระขาว ที่มีองค์ประกอบหลักเป็น ออกซิเจน โดยที่มันจะค่อยๆ เย็นตัวลงในที่สุด - ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
จะจบชีวิตเป็น ดาวนิวตรอน ซึ่งเกิดจากการระเบิดเป็น ซูเปอร์โนวา และอาจมี พัลซาร์ เป็นผลพลอยได้ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วและปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 18 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
จะจบชีวิตด้วยการระเบิดเป็น ซูเปอร์โนวา และ หดตัวเป็นหลุมดำ (Black Hole) ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงสูงมากจนไม่สามารถมีอะไรหลุดออกไปจากมันได้ แม้กระทั่งแสง
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์รวมไปถึงดวงอาทิตย์ แบ่งออกเป็นช่วงต่าง ๆ ดังนี้
- ระยะเนบิวลาดาวเคราะห์ (Nebula Phase)
การเกิดดาวฤกษ์เริ่มต้นจาก “เมฆก๊าซและฝุ่นในอวกาศ” ซึ่งเรียกว่า เนบิวลา (Nebula) เมฆก๊าซและฝุ่นเหล่านี้จะรวมตัวกันภายใต้แรงโน้มถ่วงจนหนาแน่นมากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่ออุณหภูมิสูงพอ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจะเริ่มต้นขึ้น และกำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ขึ้นมา
- ระยะแถบลำดับหลัก (Main Sequence Phase)
ในช่วงนี้ ดาวฤกษ์จะอยู่ในสภาวะที่มั่นคง และเผาผลาญไฮโดรเจน ในแกนกลางผ่านกระบวนการ นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion) เพื่อสร้างพลังงานออกมา ซึ่งพลังงานนี้ทำให้ดาวฤกษ์ส่องแสงและมีความร้อนสูง
ดวงอาทิตย์ของเรา ก็อยู่ในช่วงนี้เช่นกัน โดยเผาผลาญไฮโดรเจนเพื่อปล่อยแสงสว่างและความร้อนมายังโลก ทำให้โลกมีแสงแดดที่ใช้ในการเจริญเติบโตของพืชและอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิต ดาวฤกษ์ในช่วงนี้เหมือน คนที่อยู่ในช่วงวัยทำงาน แข็งแรงและทำงานอย่างเต็มที่
- ระยะดาวยักษ์แดง (Red Giant Phase)
เมื่อไฮโดรเจนในแกนกลางของดาวฤกษ์หมดลง กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันจะชะลอตัวลง แกนกลางจะหดตัว ในขณะที่ชั้นนอกของดาวขยายตัวออก เหมือนลูกโป่งที่พองตัว เมื่อได้รับลมมากขึ้น ทำให้ดาวฤกษ์กลายเป็น ดาวยักษ์แดง (Red Giant) โดยดวงอาทิตย์ของเราจะขยายตัวจนมีขนาดใหญ่กว่าปัจจุบันหลายร้อยเท่า ซึ่งอาจกลืนกินดาวเคราะห์ชั้นในอย่างโลกและดาวศุกร์ไปด้วย
- ระยะดาวแคระขาว (White Dwarf Phase)
เมื่อพลังงานไฮโดรเจนและฮีเลียมหมดลง ดาวฤกษ์จะไม่สามารถผลิตพลังงานเพื่อรักษาขนาดไว้ได้อีกต่อไป ชั้นนอกของดาวจะถูกปลดปล่อยออกสู่อวกาศกลายเป็น เนบิวลาดาวเคราะห์ (Planetary Nebula) ส่วนแกนกลางที่เหลือจะหดตัวจนกลายเป็น ดาวแคระขาว (White Dwarf) ซึ่งมีขนาดเล็กลงอย่างมาก แต่ยังคงมี ความหนาแน่นสูงมาก
ดาวแคระขาวเปรียบได้กับ ถ่านที่มอดแต่ยังร้อนอยู่ มันจะยังปล่อยแสงจาง ๆ ก่อนที่จะค่อย ๆ เย็นลงและมืดไปในที่สุด
- ระยะดาวแคระดำ (Black Dwarf Phase)
เมื่อ ดาวแคระขาว (White Dwarf) ค่อย ๆ เย็นตัวลงจนหมดพลังงานและ ไม่สามารถเปล่งแสงได้อีกต่อไป มันจะกลายเป็น ดาวแคระดำ (Black Dwarf) ซึ่งเป็นเศษซากที่เย็นและมืดสนิท ของดาวฤกษ์ที่เคยส่องแสงมาก่อน เปรียบเทียบได้กับถ่านไฟที่เคยลุกไหม้จนร้อนแรง แต่เมื่อเวลาผ่านไปก็เย็นลงและกลายเป็นเศษถ่านที่มืดสนิท