恒星颜色：由表面温度对应的黑体谱决定
用Wien位移定律确定恒星表面温度，用Stefan-Boltzmann定律确定恒星半径
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恒星化学成分：恒星光谱中的吸收线（主要为氢和氦） 恒星光谱分类： 从热到冷
Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!
每型分为10个次型，最热O3，太阳G2
热星中吸收线较少，冷星中有较多吸收线并由分子的吸收带 更冷的L,T
赫-罗图：恒星光度和表面温度的关系
主序星：温度越高光度越大（赫-罗图中向左温度高，主序星位于左上到右下区域） 矮星：温度高光度低→体积小
巨星和超巨型：温度低光度高→体积大
主序星是恒星的正常演化进程，巨星和矮星是恒星的死亡 确定恒星在主序带上的位置就可以确定它的光度、温度和半径。恒星在主序带上的位置由其质量决定
双星：目视双星（两个亮点），分光双星（吸收线有两套，进行相反的多普勒位移），食双星（暗星遮挡亮星使光度下降），天体测量双星（波浪前进）
星团：疏散星团（年轻，有星际气体，密度小，蓝巨星，昴星团），球状星团（年老，无星际气体，密集，大量红巨星，M80）
恒星形成
星际介质： 地球大气~1019/cm3，星际气体<1/cm3，宇宙平均1/m3
星际尘埃：1~300nm，吸附物质长大，强烈地吸收短波辐射。银河系在光学波段有很多被消光的暗带，用近红外观测可以看到银河系全貌。远红外波段观测到的几乎都是尘埃的热辐射(~100K)
星际云与云际气体：50%星际气体集中在2%空间内，其他弥散在98%的云际空间。炽热云际气体被超新星爆发加热至~1 million K。温暖云际气体可被星光电离为等离子体并发出特征谱线。
被O、B型恒星强烈紫外辐射电离的致密星际云称为HII区，这里正在产生恒星。 中性氢原子的自耦磁能级分裂使其发射21cm线（11million yrs/photon），可以研究中性氢的分布。星际云较冷也较致密~100K,1~100atoms/cm3，主要有中性氢构成。 分子云中含有有机分子，强烈吸收可见光，形成暗区，是恒星的摇篮。
分子云被炽热的云际介质束缚无法扩散，质量足够大时开始坍缩，致密的地方坍缩的更快，不对称性扩大，形成小分子云核，坍缩形成原恒星和吸积盘，大部分物质流向恒星，小部分留在吸积盘上形成行星。原恒星由引力供能，体积巨大，温度低，比太阳亮但是一般为红外波段，即使辐射可见光也被分子云吸收。引力能使恒星足够热（要求质量足够大）后，核聚变启动，进入主序带，由氢燃烧供能。
太小的原恒星无法点燃核反应，永远由引力坍缩供能，温度亮度极低 原恒星表面的负氢离子使恒星温度保持恒定，收缩过程中光度会下降
越大的恒星进入主序阶段越快，而且寿命也越短。这个时间远远短于主序段时间。所以年轻恒星很少。
主序星燃烧氢产生较稳定的氦，氦在主序星的核心堆积，压力变大恒星膨胀，沿主序带向上移动，亮度增加温度下降
小质量恒星的演化
1.亚巨星(SB)：在赫罗图上向右上方偏移，温度降至~1000K
2.红巨星(RGB)：压力足够让氦原子的电子简并，由负氢离子调节温度几乎不变，在赫罗图上加速上升，核心压力增大，氦核收缩，最终引燃3alpha过程，3个氦核形成碳核，红巨星达到赫罗图上的顶点（氦闪）。简并氦核导热几块，几分钟内整个氦核的3alpha过程都被启动，正反馈使过程加速，同时热压使得简并解除。亮度急剧上升，持续几小时后，氦闪结束，剩余的非简并He核体积扩张，3alpha过程继续进行但是速率降低
氦闪过后，恒星收缩，向赫罗图左下方移动，进入水平支(HB)，HB星有He核和H核燃烧供能，行为与主序星类似但是燃料明显少于主序星，因此稳定时间仅5000万年，便进入渐进巨星支（AGB），碳核电子简并，引力增加，壳层压力上升，恒星半径再次扩大，H-温度不变，光度上升加快，经过类似RGB的过程，到达顶点后引力不足以维持外层，最后只留下裸露高温C核，没有能量来源，在赫罗图上竖直急剧下降，核心收缩直至电子完全简并，与引力平衡，形成热而小的碳白矮星。外层气体逃逸中被高温C核加热电离而发光，形成行星状星云，指示中心有一颗白矮星。白矮星最终辐射降温，沿等半径线在赫罗图上向下移动，成为黑矮星。白矮星的质量越大，半径越小！ 双星系统如果质量差距较大，演化有时间差，大质量恒星形成白矮星后会把一部分质量流入小质量恒星加速其演化，小质量恒星膨胀中物质又会回到白矮星，导致超新星爆发。这个过程可以在一对双星间反复出现
Ia型超新星：可能比其所在星系还亮，是吸积白矮星的热核爆炸导致的，产生了大量铁
大质量恒星演化
明显比小质量恒星快、亮。内部温度足以引发CNO循环
12
C+1H→ 13N+γ, 13N→13C+e++ν+γ, 13C+1H→14N+γ 14
N+1H→15O+ γ ,15O→15N+e++ν+γ, 15N+1H→4He+12C
总反应：12C催化氢燃烧
12
C + 4 1H + 2e- →12C + 4He + 2ν +7γ
大质量恒星核心区对流良好，化学成分均匀分布（小质量恒星核心区中心处氦丰度高于外层） H烧光以后，大质量恒星的温度已经可以引发He燃烧，因此He不会简并，没有氦闪现象，由H燃烧到He燃烧的转化相当平稳，光度也没有明显变化，但开始膨胀，表面温度也下降，在赫罗图上水平向右运动
核心的He燃烧完以后，温度会超过8亿度，引发碳燃烧，生成钠氖镁等重元素（壳层仍有氢氦燃烧）
核心碳燃尽，引发Ne燃烧（壳层有C、He、H燃烧）
这样燃烧序列H-He-C-Ne-O-…，像洋葱一样，核心区供能元素逐渐更迭，壳层里面由核心区已燃尽的燃料燃烧，并由压力推动抛出星风，直到燃烧序列到达不能发生热核聚变的Fe 越重的元素燃烧效率越低，因此需要更快的燃烧速度才能平衡引力。而且重元素燃烧的能量
会以中微子冷却方式快速向外传输导致恒星向内收缩，这也导致核心燃烧速率增大，持续时间降低。但是由于大量能量被中微子冷却带走，恒星光度增加不大。
最终稳定的Fe核心会坍缩，电子简并，温度进一步上升，仅需1s时间Fe核的坍缩速率会提高到c/4，直到强相互作用阻止进一步坍缩，坍缩的骤然停止形成强大的反射激波，迅速达到壳层，形成II型超新星爆炸，合成比铁更重的元素，核心成为中子星或黑洞（核坍缩型超新星）
星风引起高质量损失率：Ib/Ic型超新星
超新星与元素合成、中子星和黑洞
光度达到10^7~10^10太阳光度，能量99%由中微子带走，1%动能，0.01%可见光。 I型：光谱无H线，II型超新星光谱有H线
Ia型光变曲线很相似，可以做烛光。II型彼此相差很大
超新星抛出的大量物质与星际物质和磁场相互作用，并被超新星加热，会产生气体星云 宇宙大爆炸产生了H、He和极少量Li、Be、B，绝对没有产生C、O。比Fe轻的元素可以由恒星合成，质量越大的恒星可以合成越重的元素，合成的元素最终通过超新星爆发喷射到星际空间。
比铁中的元素可以通过中子俘获反应合成，也可以通过β衰变合成 26
Al只可能由超新星爆发合成，半衰期仅有100万年。太阳系很可能沐浴在近期一次超新星爆发的喷射物中，可能曾影响地球生命。
电子速度极高时会和质子结合产生中子和电子中微子，降低静电斥力和简并压，加速核心坍缩，密度足够大时形成简并态中子星，半径~10km，密度~10亿倍白矮星，温度极高 中子星质量越大，半径越小，有质量上限(Oppenheimer limit)约3个太阳质量
中子星有几厘米厚的大气，~0.3km固态Fe外壳，~0.6km原子核和游离中子、电子内壳，内部为超流中子和超导质子，核心密度极大，状态未知（夸克？）
中子星磁场极强，自转时会沿磁轴发射电磁波，扫过地球时观察到脉冲，周期仅几秒，自转会逐渐变慢，每天10^-8s，获诺奖 双中子星系统轨道周期会逐渐减慢，这是因为加速运动中发出的引力波带走了能量和角动量，验证了广义相对论，获诺奖
超过Oppenheimer limit的中子星会继续收缩为黑洞，黑洞的视界将时空分为两部分，视界外的物质和能量可以进入视界内，但是不能反过来。 不转动的中性黑洞称为史瓦西黑洞
转动的黑洞称为Kerr黑洞，有内外两个视界，两视界之间的物质由于黑洞自转可以逃离黑洞
黑洞仅有质量、角动量和电荷三个属性，没有任何复杂性质
如果真空涨落产生了一对正反粒子，反粒子被黑洞吸收而正粒子逃逸，黑洞的能量会减小，相当于释放出辐射，释放率反比于质量平方，寿命正比于质量立方
X射线双星：致密性和恒星构成双星系统，致密性吸积伴星物质时吸积盘升温会释放X射线
银河系
可见光波段有星尘导致的暗区。中性氢21cm波段聚集在非常薄的一层中。近红外可以看到恒星星光，和红巨星构成的银河系核球。远红外波段可以看到星尘辐射。X射线波段可以看
到双星和超新星遗迹。Γ射线波段可以看到脉冲星和超大质量黑洞 星族I: 银盘和旋臂中，银道面内低速运动，年轻，富金属，1亿年
星族II: 贫金属，位于银晕和核球中，倾斜椭圆轨道高速运动，100亿年 较差转动：太阳附近距银心越远转动角速度越慢
银河系外围（银晕、银冕中）有大量暗物质，银晕中有大量老年星团 暗物质小部分是不发光的物质，大部分是未知亚原子粒子 通过测量21cm谱的doppler位移确定速度
银心处恒星十分密集，强射电源，光学波段被星尘阻挡而黯淡，有几百万个太阳质量的超大质量黑洞，有几万光年跨度的巨大喷射泡，可能是相当于100个太阳质量的物质坠入中心黑洞产生的喷射
河外星系
梅西耶星表（仙女座大星系M31）新总表NGC(NGC224)
哈勃分类法：椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒旋星系、不规则星系
椭圆星系：按椭率分为E0至E7八个次型 主要有星族II恒星构成，没有星系盘，颜色偏红，无规则椭圆轨道运动，大小相差悬殊 旋涡星系：S 中心是椭球状核球，外面是扁平星系盘，有星系晕，星系盘颜色偏蓝，有尘埃，是恒星形成的位置。核球和星系晕颜色偏红，是II族恒星组成 Sa：核球大，旋臂缠绕最紧 Sc：核球小，旋臂缠卷松 棒旋星系：SB 中心有棒状结构，旋臂源于棒的两端，符号SB SBa：棒大，旋臂缠卷紧 SBc：棒小，旋臂缠卷松（银河系可能是SBb或SBc） 透镜状星系：有棒SB0，无棒S0 和椭圆星系相比，有星系盘。和旋涡星系相比，没有旋臂 不规则星系：Irr 没有旋臂和核区，富含星际气体、尘埃和年轻恒星 星系距离的测量： 以一些特殊光源可以根据某些其他参数估计光度
标准烛光源：
1.主序星通过其光谱型推测光度，但太远的而且可以看到天体肯定不是主序星 2. 造父变形的光变周期和其光度成正比
3. Ia型超新星，由于白矮星有极限质量，Ia型超新星的光度即本相同，而且其（时间上的）最大光度越大，则其变暗越慢 4. 星系速度弥散越大，多普勒谱线越宽，质量越大，光度越高（旋涡星系Tully-Fisher,椭圆星系Faber-Jackson） 5. 红移法（哈勃定律） 距离阶梯 地球 1光时 100角秒 10000角秒 150万角秒 2000万角秒 1000亿角秒 激光测距 三角法 主序星 造父变星 星系速度弥散 Ia超新星 更远的距离使用哈勃定律 宇宙大尺度结构
星系会聚集成星系团和星系群 本星系群：大小麦哲伦云，在南半球可以看见，含大量年轻恒星和中性H但尘埃含量极少。围绕银河系运动，身后留下中性氢云
仙女座大星系：比银河系大，有7个椭圆伴星系
旋涡星系M33：比银河系小，是本星系群第三大星系，Sc型旋涡星系，有大量星族I恒星 星系团比星系群大
不规则星系团：形态松散，主要由旋涡星系组成
室女座星系团：距离最近，~2500个成员，旋涡星系68%，椭圆星系19% 规则星系团：结构致密，球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状星系组成 后发座星系团：~6700个成员，椭圆星系位于中心，旋涡星系分布在外围 富星系团：星系密度大，是强X射线源
超星系团：10^16太阳质量，引力较弱结构松散，是尺度最大的宇宙结构，具有细长的纤维状结构
宇宙在大尺度上具有类似海绵的纤维结构，大部分物质在占空间体积1%~2%的纤维上存在 星系的碰撞会导致星系形态变化、星系合并和吞噬（形成巨椭圆星系），对恒星基本没影响 由星系合并形成的超巨椭圆星系在富星系团区旋涡星系很少，晕非常延展，中心区有多个核，通常位于星系团的中心
仙女座大星系正在靠近银河系 测定星系（团）引力质量： 1.自转曲线（漩涡星系）
通过谱线位移计算出自转速度，得到质量分布曲线 2.无规运动（椭圆星系，星系团）
通过无规则运动的平均速度随位置的分布关系得到星系团的质量分布 3.星系际热气体X射线辐射（星系团）
原子热运动速度可以通过X射线的光谱得到，从而计算出星系逃逸速度，得到其质量 4.引力透镜效应（星系团）
星系的质量-光度比体现了暗物质与可见物质之比
活动星系核
部分星系的中心核活动性很强，称为AGN，分四类： 射电星系，赛弗特星系，类星体，蝎虎座BL Lac天体