忽明忽暗的变星
天文学上把那些亮度时常变化的恒星称作变星。现在已发现的变星有2万多颗，著名的造父变星、新星、超新星等都属于变星。
恒星亮度变化的原因很多。由于恒星空间位置变化引起亮度变化的变星，称为几何变星。例如，有一种几何变星叫食变星，因为引起它们亮度变化的原理和日食月食差不多。它们实际是一对双星，两颗星总在捉迷藏，一会儿你跑到我背后，一会儿我又跑到你背后，相互遮蔽。脉动变星是名副其实的变星，它的亮度变化完全是由星体内部变化引起的。脉动变星的星体，时而收缩，时而膨胀，就像人的脉搏跳动似的。它在收缩时变亮，膨胀时变暗。脉动变星一般都是较老的恒星，它们正处于崩溃的边缘，很不稳定。不过，很多脉动变星明暗交替的时间却是不变的，这个时间称为光变周期。
造父变星是一种脉动变星。它有一种很奇特的性质，即发光本领越大（也就是绝对星等越大）的，它的光变周期也越长。因此，绝对星等和光变周期两者可以对号入座。一颗造父变星，只要测出它的光变周期，就可以对号找到它的绝对星等。把绝对星等和它的目视星等加以比较，便能算出这颗造父变星离我们有多远。所以在测量河外星系以及星团的工作中，造父变星是个好帮手。
还有各种各样的不规则变星。它们变化的形式和原因都很复杂。比如有一类金牛座T型变星，它们的亮度变化很快，而且反复无常。
相伴相随的双星
月亮绕地球旋转，地球绕太阳旋转，都是因为彼此之间有万有引力的作用。恒星之间也存在引力，这使得有些靠得比较近的恒星互相绕转。被引力系在一起、互相绕转的两颗星就叫物理双星。
有些物理双星凭目测就能发现，有些必须借助精密仪器，通过细致分析才能发现。前者叫目视双星，后者叫分光双星。
有一类特殊的双星却不是由引力系在一起的。它们本来是两颗距离遥远、互不关联的恒星，但由于在我们看来彼此相距很近，所以它们也被看做是双星。这种双星叫光学双星。光学双星不是真正的双星。
双星中较亮的一颗叫主星，另一颗叫伴星。双星之间的搭配是五花八门的，有的主星比伴星重，有的伴星比主星重；有的主星是爆发变星，有的是脉动变星，有的是其他变星：白矮星、中子星、红巨星，甚至是黑洞。
双星的结构引起许多天文学家的兴趣，也为我们揭示了恒星世界的一些奥秘。部分双星为我们提供了测定恒星的大小、形状、密度、质量、距离的便利条件，并为研究恒星及各种恒星集团的起源、演化问题开拓了新的天地。
壮年恒星——主序星
主序星是处于壮年期的恒星。现在的太阳就在主序星阶段，年龄已有50亿岁了。
从幼年期开始，恒星就在引力的作用下不断收缩。当中心温度达到700万摄氏度时，恒星内部最丰富的元素——氢聚变成氦的热核反应开始了。热核反应造成的滚滚热浪产生了巨大的向外的压力，与向内的恒星引力相抗衡，促使星球停止收缩。星球内部的熊熊烈火烧透球壳，整个星球便成为一个大火球。这时的恒星可以长期处于稳定状态，称为主序星。
当恒星演化为主序星时，它的亮度大小将由恒星的质量所决定。例如质量为太阳20倍左右的恒星，在这个稳定的主序星阶段，将成为亮度和温度很高的蓝巨星或蓝白巨星；质量为太阳几倍的恒星，将成为白星或黄白星；质量与太阳差不多的恒星便成为亮度和表面温度与太阳相仿的黄矮星；而质量小于太阳的恒星则成为亮度很小、表面温度很低的红矮星。
主序星内部储存着充足的燃料氢，能维持长时间的燃烧。恒星一生的大部分时间都停留在主序星阶段，我们看到的大多数恒星都是主序星。质量大的恒星因燃烧剧烈，燃料消耗快，它在主序星阶段的时间就较短，但最短也有几百万年。质量较小的恒星，热核反应速度较慢，氢的消耗也较慢，因而它稳定在丰序星阶段时间就较长，最长的可达10万亿年。太阳处于这个稳定阶段，它已经稳定地“燃烧”了足足50亿年了。据估计，太阳在主序星阶段的时间可长达100亿年。
晚年恒星——红巨星
也许谁也不会想到，再过几十亿年，太阳会突然膨胀起来，变成一个大火球，离太阳最近的水星和金星将被它吞没；地球即使不被吞没，表面温度也可能高达1000摄氏度以上，地球上所有生命都将毁灭。这是一般恒星都会经历的晚年阶段，天文学上称为红巨星阶段。
系外行星围绕红巨星恒星演变到主序星阶段末期时，除了外壳部分，它内部的氢基本上已经转化成氦而使热核反应停止。这时，恒星的中心部分就会在引力作用下发生收缩，使温度升高，并且释放出巨大的能量，从而使外壳急剧膨胀，整个恒星便像气球一样被吹大了。外壳的膨胀使恒星的表面积增大，表面温度降低，而总发光量增加。这样，它就变成一颗亮度大、温度低的红色星——红巨星。恒星从主序星到红巨星的转化过程很快就能完成。
在红巨星内部，虽然氢已经基本耗尽，但由于内部收缩使温度升得更高了，于是又开始了氦聚合反应，它内部便又重新燃烧起来，并且能够维持很长时间。像太阳这样的恒星，在红巨星阶段大约能停留10亿年。
被“压缩”了的恒星——白矮星
恒星中有许多矮子，它们的个头一般比地球要小，有甚至比月球还要小，它们的颜色发白，所以人们称它们为白矮星。
第一颗被发现的
白矮星——天狼星B白矮星虽“矮”，却重得惊人。一颗和地球一样大的白矮星有太阳那么重。一般白矮星比地球要重几十万倍乃至几百万倍。天狼星有一颗白矮星伴星，直径是地球的两倍，却比地球重30万倍。在那上面，火柴盒大小的一块“小石头”就有5吨重。白矮星有这么大的密度，是因为它是由特殊材料构成的。我们知道，物质是由原子构成的，原子本身像一个空虚的气球，它的大部分质量都集中在只有整个原子体积的近亿亿分之一大小的原子核上。原子就像包着一粒小铁蛋的大气球。所以，一般的物体中，无数原子核之间并不紧挨在一起，而是有很大的空间，它们是分散的。但是，在白矮星这种特殊的星球内部，却存在着令人难以想象的高压，原子的外壳被挤破了，原子核和绕核运转的电子被挤成一团，原子核之间不再是分散的，而是排列得紧紧的。这就使得整个星球的体积大大缩小，而重量却不减少。它的密度就变得特别高。可见白矮星并不是长不大的恒星，而是“压缩”了的恒星。
白矮星是在恒星演化到晚年时才形成的。在恒星的一系列核反应停止或接近尾声之时，恒星外层的物质挡不住中心的引力而发生收缩，直到与引力势均力敌，收缩才停止，白矮星便形成了。收缩过程中释放出很大的能量使白矮星白热化，表面温度能高达1万摄氏度以上。这就是白矮星发白光的原因。以后，像铁水凝结成铁块一样，白矮星将逐渐冷却、变暗，最终变成体积更小、密度更大、完全不能发光的黑矮星。
短寿的恒星——超新星
在秩序井然的星座之间，有时会突然出现一颗异常明亮的外来客，甚至在白天也能见到。但是好景不长，不过几个月，它又渐渐暗下来，最终悄然逝去，音讯全无，这就是生命力极短的超新星，在我国古代曾经形象地称它为“客星”。
超新星
超新星并不是新出生的星，恰恰是垂死的恒星的辉煌“葬礼”。一些大质量的恒星，内部引力极强，当内部燃料耗尽燃烧停止时，星球不是慢慢地收缩，而是突然地坍缩。坍缩所引起的内部压力是如此的巨大，以至球壳无力承受而发生爆炸，就像突然猛力挤压一个气球所发生的情况一样。剧烈的爆发犹如一颗超级原子弹爆炸一样，恒星向外放射出极大的能量，闪耀出异常明亮的光芒。于是，一颗本来很暗或根本看不见的恒星，亮度会一下子提高17个星等以上，成为一颗亮星，这就是超新星。
超新星爆炸，是目前我们所知的恒星世界里最为猛烈的爆发现象。据计算，一颗超新星爆发时发出的光，相当于14万至100亿个太阳的光。在银河系里，目前已知的超新星爆炸只有很少几次。最著名的是发生于1006年、1054年、1572年和1604年的超新星，平均300年出现一次。如果把河外星系里发现的超新星计算在内，到1978年为止，已发现的超新星有491颗。一颗垂死的恒星经过超新星爆发后，就彻底解体了，大部分物质化为一股云烟和许多碎片，飘散到太空中，剩下的物质则迅速坍缩为很小的中子星或黑洞。
世界上最早、最详细地记录超新星爆发现象的是我国。史书《宋会要》中详细地记录了1054年的一次超新星爆炸情况。今日的蟹状星云就是这颗超新星爆发后留下的遗址。
太空灯塔——中子星
1967年，天文学家偶然接收到一种奇怪的电波。这种电波每隔1~2秒发射一次，就像人的脉搏跳动一样。人们曾一度把它当成是宇宙人的呼叫，轰动一时。后来，英国科学家休伊什终于弄清了这种奇怪的电波，原来来自一种前所未知的特殊恒星，即脉冲星。这一新发现使休伊什获得了1974年的诺贝尔奖。现在，已发现的脉冲星有300多个，它们都在银河系内，蟹状星云的中心就有一颗脉冲星。
脉冲星是20世纪60年代四大天文发现之一（其他三个是：类星体、星际有机分子、宇宙3开微波辐射）。因为它不停地发出无线电脉冲，而且两个脉冲之间的间隔（脉冲周期）十分稳定，准确度可以与原子钟媲美。各种脉冲星的周期不同，长的可达37秒，短的只有0033秒。
脉冲星就是快速自转的中子星。中子星很小，一般直径只有10千米，质量却和太阳差不多，是一种密度比白矮星还高的超密度恒星。