W zależności od typu, czas życia gwiazd trwa od setek milionów do dziesiątek miliardów lat. Ogólnie rzecz biorąc, im większa gwiazda, tym szybciej zużywa zapas paliwa jądrowego, więc najdłużej żyjące gwiazdy należą do najmniejszych. Gwiazdy o najdłuższym życiu to czerwone karły; niektóre mogą być prawie tak stare jak sam wszechświat.
Gwiazdy czerwonego karła
Astronomowie definiują czerwonego karła jako gwiazdę o masie od około 0,08 do 0,5 masy Słońca i uformowaną głównie z gazowego wodoru. Ich rozmiary i masy są bardzo małe w porównaniu z innymi typami gwiazd; chociaż białe karły, gwiazdy neutronowe i inne mogą być jeszcze mniejsze, mają znacznie większe masy. Podczas normalnego życia temperatura powierzchni czerwonego karła wynosi około 2700 stopni Celsjusza (4900 stopni Fahrenheita), wystarczająco gorąco, aby świecić czerwonym kolorem. Ze względu na swoje małe rozmiary bardzo powoli spalają zapasy wodoru i teoretycznie żyją od 20 miliardów do ponad 100 miliardów lat.
Jasność i żywotność
Żywotność gwiazdy jest związana z jej jasnością, czyli produkcją energii na sekundę. Całkowita energia wyjściowa energii życiowej gwiazdy to jej jasność pomnożona przez czas życia. Chociaż większe gwiazdy zaczynają życie z większą masą, ich jasność jest również znacznie większa. Na przykład słońce, którego temperatura powierzchni wynosi 5600 stopni Celsjusza (10 000 stopni Fahrenheita), ma kolor żółty. Jego wyższa temperatura i większa powierzchnia oznacza, że emituje więcej energii na sekundę niż czerwony karzeł; jego żywotność jest również krótsza. Astronomowie uważają, że Słońcu, które świeci nieprzerwanie od około 5 miliardów lat, zostało jeszcze kilka miliardów do odejścia.
Fuzja nuklearna
Powodem, dla którego gwiazdy świecą od milionów do miliardów lat, jest proces zwany fuzją jądrową. Wewnątrz gwiazdy ogromne siły grawitacyjne ściskają lekkie atomy w jądrze, aż połączą się, tworząc cięższe pierwiastki. Większość gwiazd łączy atomy wodoru, tworząc hel; kiedy gwiazda wyczerpuje się wodoru, przechodzi inne reakcje, które produkują pierwiastki aż do żelaza. Reakcje syntezy jądrowej uwalniają duże ilości energii – do 10 milionów razy więcej niż ta wytwarzana przez spalanie chemiczne. Reakcje syntezy jądrowej zdarzają się jednak rzadko, więc paliwo gwiazdy starcza na bardzo długo.
Cykl życia gwiazd
Życie większości gwiazd przebiega według przewidywalnego wzoru; powstają początkowo z kieszeni wodoru i innych pierwiastków w przestrzeni międzygwiezdnej. Jeśli obecna jest wystarczająca ilość gazu, siły grawitacyjne ciągną materiał do mniej więcej kulistego kształtu, a wnętrze staje się gęstsze pod wpływem ciśnienia z zewnętrznych warstw. Przy wystarczającym ciśnieniu wodór stapia się i gwiazda świeci. Miliony, a nawet miliardy lat później gwiazda wyczerpuje się wodoru i łączy hel, a następnie inne pierwiastki. W końcu paliwo gwiazdy zostaje wyczerpane i zapada się, prowadząc do eksplozji zwanej nową lub supernową. Pozostałości gwiazdy mogą stać się białym karłem, gwiazdą neutronową lub czarną dziurą, w zależności od pierwotnego rozmiaru gwiazdy. Z czasem białe karły i gwiazdy neutronowe ochładzają się, stając się ciemnymi obiektami.