恒星形成和进化
物理上允许的恒星质量范围很窄。如果恒星的质量太小，中心温度会不会太低而难以维持融合反应。的理论恒星的最小质量大约是太阳质量的0.08倍。一个理论上限叫做爱丁顿极限有人提出，它的质量是几百个太阳质量，但这个值还没有明确的定义。像这样大质量的恒星的光度大约是太阳的100万倍。
恒星形成和演化的一般模型已经建立起来，其主要特征似乎已经确定。巨大的气体云和尘埃云可以在其自身下收缩引力引力是指它的温度足够低。作为重力能源被释放时，收缩的中心物质升温，直到达到向外辐射压力平衡了向内的重力压力收缩停止。聚变反应取代了恒星的主要能量来源，然后恒星就进入了主序。对于一颗质量与太阳相当的恒星来说，通过这些形成阶段进入主序的时间不到1亿年。质量较小的恒星需要更长的时间，质量较大的恒星需要更短的时间。
一旦一颗恒星达到主序阶段，它就会相对缓慢地演变，发生聚变氢原子核在其核心形成氦细胞核。持续的聚变不仅释放出辐射的能量，而且还导致核合成，产生更重的原子核。
恒星演化必须通过计算机建模来跟踪，因为大多数阶段的时间尺度通常太长，以至于无法观测到可测量的变化，即使是在多年的时间内。一个例外是超新星，某些明星的暴力爆炸结局。不同类型的超新星可以通过它们的光谱线和亮度的变化来区分光度在爆发期间和爆发之后。在Ia型中，a白矮星吸引附近同伴的物质;当白矮星的质量超过大约1.4个太阳的质量，恒星内爆并被完全摧毁。II型超新星不像Ia型那样明亮，是质量超过8个太阳质量的恒星演化的最后阶段。Ib型和Ic型超新星与II型超新星相似，都是由大质量恒星坍缩形成的，但它们不保留氢包层。
恒星演化的最终产物的性质取决于恒星质量。有些恒星会经历一个不稳定的阶段，在这个阶段，它们的尺寸、温度和光度会在数小时或数天内周期性地变化。这些所谓的造父变星用作测量距离的标准蜡烛(见上图确定天文距离)．一些恒星吹掉外层来产生物质行星状星云．可以看到膨胀的物质在一个薄壳中发光，因为它分散到星际介质而剩余的核心，最初的表面温度高达10万K(18万华氏度)冷却成为白矮星。可以作为白矮星存在的最大恒星质量约为1.4个太阳质量，被称为白矮星钱德拉塞卡极限．质量更大的恒星可能会变成两者之一中子星或黑洞．
据计算，白矮星的平均密度超过每立方厘米100万克。进一步压缩受到a的限制量子称为简并的情况(看到简并气体)，其中只允许某些能量用于电子在恒星内部。在足够大的压力下，电子被迫与质子形成中子．由此产生的中子星密度在10的范围内14-10年15克每立方厘米，相当于原子核内的密度。对于具有核密度的大质量物体的行为，人们还没有充分了解到能够对中子星的最大大小设定一个限制，但它被认为小于三个太阳质量。
质量更大的恒星演化残留物的尺寸更小，密度甚至比中子星还要大。这样的残余被认为是黑洞在美国，物体是如此紧密，以至于没有辐射可以从一个称为“辐射”的特征距离内逸出史瓦西半径．这个关键维度由R年代= 2G米/c2．（R年代为史瓦西半径，G是引力常数，米物体的质量，和c是光速)。对于3个太阳质量的物体，史瓦西半径大约是3公里。从史瓦西半径以外发射的辐射仍然可以逃逸并被探测到。
虽然没有光可以从黑洞内部探测到，黑洞的存在可能是什么呢体现通过其引力场的作用，例如，在一个双星系统。如果一个黑洞与一个正常的可见光配对明星，它可能会把物质从伴星拉向自己。这种物质在接近黑洞时加速，变得如此强烈，以至于它辐射出大量的x射线从外围在达到史瓦西半径之前的黑洞。一些恒星黑洞的候选者已经被发现。,x射线源天鹅座x - 1．每一个黑洞的估计质量都明显超过了中子星的允许质量，这是识别可能的黑洞的关键因素。超大质量黑洞并非起源于单个恒星，它们存在于活动星系的中心(见下文研究其他星系及相关现象)．一个这样的黑洞，在宇宙的中心星系M87它的质量是太阳的65亿倍，已经被直接观测到。
虽然恒星黑洞的存在已经得到了强有力的证实，但中子星的存在是在1968年被确认的，当时中子星与当时新发现的恒星一起被发现脉冲星,对象特征通过以短而极有规律的间隔发射辐射，一般在每秒1到1000个脉冲之间，稳定到优于十亿分之一。脉冲星被认为是旋转的中子星，是一些超新星的残留物。
研究银河系
星星在空间中不是随机分布的。许多恒星位于由两到三个成员组成的系统中，它们之间的距离不到1000个天文单位。在更大的范围内，星团可能包含成千上万颗恒星。星系是更大的恒星系统，通常包括气体云和尘埃云。
太阳系位于银河系，接近赤道面，约为8秒差距从银河中心。银河直径大约是30千秒差距，由发光物质表示。然而，有证据表明存在所谓的不发光物质暗物质-延伸距离几乎是这个距离的两倍。整个系统都在旋转，在太阳在美国，轨道速度约为每秒220公里(几乎每小时50万英里)，一圈完整的轨道大约需要2.4亿年。的应用开普勒第三定律银河系的质量估计约为太阳的1000亿个质量。转动速度可以从多普勒变化在21厘米发射中性氢的线和毫米波长的线来自各种分子,特别是一氧化碳．在离星系中心很远的地方，旋转速度并没有像预期的那样下降，而是略有增加。这种行为似乎需要一个比已知(发光)物质大得多的星系质量。暗物质存在的其他证据来自于各种各样的其他观测。暗物质(或缺失质量)的性质和范围构成当今最主要的天文学难题之一。
银河系中大约有1000亿颗恒星。星系内的恒星浓度分为三种类型:开放恒星集群、球状星团及关联(看到星团)．开放的集群主要位于星系的圆盘上;大多数在直径不超过10秒差距的区域内包含50到1000颗恒星。恒星协会往往有更少的星星;此外,组成恒星不像星团中的恒星那样紧密地聚集在一起，而且在大多数情况下温度更高。球状星团它们广泛分布在星系中，直径可达100秒差距，可能有多达100万颗恒星。球状星团对天文学家的重要性在于它们被用作星系年龄的指示器。因为大质量恒星比小质量恒星进化得更快，所以可以通过它来估计星团的年龄H-R图．在一个年轻的星团中，主序会被很好地填充，但在一个老星团中，较重的恒星会从主序中进化出来。主层序的失居程度可作为年龄的指标。这样，最古老的球状集群被发现大约有125亿年的历史，因此这应该是星系的最小年龄。
的调查星际物质
的星际介质主要由气体和尘埃组成，占据着恒星之间的区域。平均而言，它包含的数量少于1原子在每立方厘米中，约有1%的质量以微小的尘埃颗粒的形式存在。主要是气体氢，已通过它的方法绘制21厘米发射线。气体中还含有大量分子．其中一些已经被可见光波长吸收线探测到，这些吸收线施加在更远的光谱上星星，而其他的则是通过它们自己在毫米波长的发射线来识别的。许多星际分子都是巨大的分子云，其中复数有机分子都被发现了。
在一个非常热的O型或b型恒星附近，其强度为紫外线辐射高到足以使周围的氢电离到100远吗秒差距产生H II区，被称为Stromgren球体。这样的区域是强烈和特征的辐射源广播波长，它们的尺寸很好校准就中心恒星的光度而言。使用广播通过干涉仪，天文学家甚至可以测量一些外部星系的H II区域的角直径，从而推断出这些遥远星系的距离。这种方法可用于约30百万秒差距的距离。(如需更多有关H II区资料，看到星云:弥漫星云(H II区))。
星际尘埃颗粒散射和吸收星光，效果大致与来自恒星的波长成反比红外接近紫外线。因此，恒星的光谱往往会变红。吸收量通常为1级每千秒差距，但在不同方向上差异很大。一些尘土飞扬的地区包含硅酸盐通过10 μm波长附近的宽吸收特征来识别的材料。在红外范围内其他突出的光谱特征有时是，但不是决定性的，由于来石墨杂粮多环芳香族碳氢化合物(多环芳烃)。
星光往往显示出小度极化(几个百分点)，这种效应随着恒星距离的增加而增加。这是由于在弱星际中部分对齐的尘埃颗粒对星光的散射磁场．该磁场的强度估计为几微高斯，非常接近于从非热宇宙无线电噪声观测中推断出的强度。这个无线电背景被确认为同步加速器辐射，由宇宙射线电子以接近宇宙轨道的速度发射光速在星际磁场中沿着弯曲的路径移动。宇宙射电噪声的频谱接近于在测量的基础上计算出来的宇宙射线附近地球．
宇宙射线构成星际介质的另一个组成部分。在地球附近探测到的宇宙射线组成高速原子核和电子．单个粒子能量，用电子伏特(电动汽车;1 eV = 1.6 × 10−12Erg)，范围从大约10递减6eV达到10以上20.电动汽车。在原子核中，氢细胞核最多，占86%，氦原子核占13%，其他所有原子核加起来约占1%。电子的丰度大约是原子核的百分之二。(不同原子核的相对数量随动能，而电子比例很大程度上取决于能量。)
少数的宇宙在地球附近探测到的射线产生于太阳，特别是在太阳活动增加的时候(由太阳黑子而且太阳耀斑)．星系宇宙射线的起源还没有被最终确定，但它们被认为是在恒星过程中产生的，例如超新星爆炸，也许在星际区域发生了额外的加速。(有关星际物质的更多信息，看到银河系:一般的星际介质)。