质光关系

在主序星之间，有一条美得出奇的简单规律：更重的恒星更亮——而且不只是亮一点，是亮得惊人。把一颗恒星的质量翻倍，它发出的光不是变成两倍，而可能超过十倍。这条“恒星有多重”与“倾泻出多少光”之间陡峭的联系，就是质光关系，也是整个天体物理学中最有用的规律之一。

对主序星而言，光度大致按质量的某个 3 到 4 之间的幂次上升——常被引述为光度正比于质量的 3.5 次方。于是质量为太阳两倍的恒星，光度约为 2 的 3.5 次方、即约 11 倍；质量为太阳十倍的恒星，则约亮 3000 倍。背后的物理是：质量更大的恒星在引力下把核心挤得更狠，抬高了中心温度，而聚变对温度极其敏感，于是反应快得多，以骇人的速率烧掉燃料。这条关系对普通烧氢的恒星成立得很好，但在极端处会弯折，并不适用于巨星或白矮星。

质光关系之所以重要，是因为它是一座双向的桥。恒星质量很难直接测量（你需要一对双星），但光度相对容易，所以这条关系让天文学家能由亮度估出恒星的质量。它对寿命也有一个惊人的推论：大质量恒星燃料多得多，却烧得如此挥霍飞快，以致只能活几百万年；而节俭的红矮星可以延续上万亿年。一句话：明亮的恒星，英年早逝。