質光關係

在主序星之間，有一條美得出奇的簡單規律：更重的恆星更亮——而且不只是亮一點，是亮得驚人。把一顆恆星的質量翻倍，它發出的光不是變成兩倍，而可能超過十倍。這條「恆星有多重」與「傾瀉出多少光」之間陡峭的聯繫，就是質光關係，也是整個天體物理學中最有用的規律之一。

對主序星而言，光度大致按質量的某個 3 到 4 之間的冪次上升——常被引述為光度正比於質量的 3.5 次方。於是質量為太陽兩倍的恆星，光度約為 2 的 3.5 次方、即約 11 倍；質量為太陽十倍的恆星，則約亮 3000 倍。背後的物理是：質量更大的恆星在引力下把核心擠得更狠，抬高了中心溫度，而聚變對溫度極其敏感，於是反應快得多，以駭人的速率燒掉燃料。這條關係對普通燒氫的恆星成立得很好，但在極端處會彎折，並不適用於巨星或白矮星。

質光關係之所以重要，是因為它是一座雙向的橋。恆星質量很難直接測量（你需要一對雙星），但光度相對容易，所以這條關係讓天文學家能由亮度估出恆星的質量。它對壽命也有一個驚人的推論：大質量恆星燃料多得多，卻燒得如此揮霍飛快，以致只能活幾百萬年；而節儉的紅矮星可以延續上萬億年。一句話：明亮的恆星，英年早逝。