質量光度関係
第一近似として、恒星が表面積 4 π R 2 {\displaystyle 4\pi R^{2}} を持つ黒体の放射体であるとする。従ってシュテファン=ボルツマンの法則から光度と表面温度 TS が結び付けられる。
L = 4 π R 2 σ B T S 4 {\displaystyle L=4\pi R^{2}\sigma _{\rm {B}}T_{\rm {S}}^{4}}
この光度は恒星内部で単位時間あたりに生成される総エネルギーと等しい。このエネルギーは核融合反応によって生成されているため、通常は恒星の核で発生しており (赤色巨星の場合はそれが成り立たない)、核の温度は単位体積あたりの核融合反応の反応率によって光度と結び付いている。
L = d E d t ≈ ε 4 π 3 R 3 n A n B 4 2 3 m R E 0 ( T ) S ( E 0 ( T ) ) k T e − 3 E 0 ( T ) k T {\displaystyle L={\frac {dE}{dt}}\approx \epsilon {\frac {4\pi }{3}}R^{3}n_{A}n_{B}{\frac {4{\sqrt {2}}}{\sqrt {3m_{R}}}}{\sqrt {E_{0}(T)}}{\frac {S(E_{0}(T))}{kT}}e^{-{\frac {3E_{0}(T)}{kT}}}}