恒星の構造
恒星モデル(英語版)の内、もっとも単純なモデルは恒星を定常状態かつ球対称であると仮定した球対称準静的モデルである。このモデルでは4つの一次微分方程式を定めることができ、うち2つは物質や圧力の半径に対する依存性を表す方程式で、もう2つは温度や光度の半径に対する依存性を表した方程式である。
仮定した球対称性を用いて恒星の構造方程式を立てる際には、恒星の中心から r {\displaystyle r} の距離にあるの厚みを持つ球殻 d r {\displaystyle {\mbox{d}}r} における物質の密度 ρ ( r ) {\displaystyle \rho (r)} 、温度 T ( r ) {\displaystyle T(r)} 、物質と放射物質の及ぼす総圧力 P ( r ) {\displaystyle P(r)} 、光度 l ( r ) {\displaystyle l(r)} 、単位質量毎のエネルギー発生率 ε ( r ) {\displaystyle \epsilon (r)} を考えて立式する。恒星は局所的に熱力学的平衡にあると考えているので、物質や光子の温度は同一であると仮定している。しかし、厳密には任意の距離にある球殻の温度は常に方程式を解いて求まる温度よりも高くなるので局所的な熱力学的平衡は成立しない。だが、光子の平均自由行程 λ {\displaystyle \lambda } は、温度変化の程度よりもはるかに短い尺度になるので、通常の場合これは良い近似となる( λ ≪ T / | ∇ T | {\displaystyle \lambda \ll T/|\nabla T|} が成り立っている)。
一方、外層では水素が中性水素原子となるほど低温となり、紫外線光子に対して不透明となるため、対流が支配的となる。このように、太陽質量前後の質量を持つ恒星では、内層に放射層が、外層に対流層が存在する構造となっている。
1.5 M☉より質量の大きな大質量星では、中心温度が1.8×10 K以上となり、水素がヘリウムに変換される核融合の経路はCNOサイクルが主となる。エネルギー生成率はCNOサイクルで温度の15乗に比例するため、エネルギー生成率が温度の4乗に比例する陽子-陽子連鎖反応より大きなエネルギーが生み出される。 CNOサイクルの温度感受性は強く、恒星の内側では温度勾配が急峻となり、核においては対流が見られる。恒星の外層では、温度勾配はより緩やかであるものの、水素がほぼ完全にイオン化し、紫外線に対してもほぼ透明な状態を保つほど高温となる。このため、恒星の外側では主に放射が見られる。
質量が小さい主系列星では、放射層が存在せず、恒星全体において対流がエネルギー輸送の主要な要素となっている。