赤色矮星
赤色矮星は非常に低質量の恒星である。そのため中心部は比較的低圧で、核融合の速度は遅く、そのため温度も低い。エネルギーは、陽子-陽子連鎖反応によって水素からヘリウムが合成される核融合反応の過程で生成される。したがって赤色矮星が放射する光は非常に弱く、しばしば太陽の1万分の1程度の明るさになる。しかし生み出すエネルギーの量は 10 W (10兆ギガワット) に達する。最も大きな赤色矮星、例えば HD 179930 や HIP 12961、けんびきょう座AX星であっても、その光度は太陽光度のわずか 10% に過ぎない。
一般に、質量が太陽の0.35倍より軽い赤色矮星では、核から表面へのエネルギー輸送は対流によって行われる。赤色矮星内部は温度に比べて密度が高く、内部の不透明度(英語版)のため対流が発生する。その結果として放射によるエネルギー輸送は減少し、その代わりに対流が恒星の表面へエネルギーを輸送する主要な形態となる。0.35太陽質量より重い恒星では、核の周辺に対流が発生しない領域を持つ。
低質量の赤色矮星は内部全体が対流する全対流であるため核にヘリウムが蓄積せず、太陽のような大きな恒星と比較して主系列を離れる前に自身が持つ水素のより多くの割合を核融合で消費することができる。その結果として、赤色矮星の推定寿命は現在の宇宙の年齢よりも遥かに長く、0.8太陽質量より軽い恒星で主系列段階を終えるほどの時間が経過したものは無い。質量の軽い赤色矮星ほど寿命は長くなる。太陽の主系列星としての寿命は100億年と予測されているが、赤色矮星の寿命は太陽質量との比の3乗から4乗に応じて長くなると考えられている。
したがって、太陽質量の0.1倍の質量を持つ赤色矮星の場合は、10兆年にわたって核融合を継続すると考えられる。赤色矮星中の一定の割合の水素が消費されると、核での核融合の速度が低下し、核が収縮を始める。サイズが減少することによって重力エネルギーが解放されて熱へと変換され、その熱は対流によって恒星内部を輸送される。
数値シミュレーションによると、赤色矮星のうち赤色巨星に進化するための最小質量は太陽の0.25倍である。これより軽い天体は年老いるにつれて表面温度と光度が上昇して青色矮星へと進化し、最終的に白色矮星になる。恒星の質量が小さいほど、この進化のプロセスには時間がかかる。0.16太陽質量の赤色矮星 (近傍のバーナード星の質量に近い) の場合、主系列の段階に25兆年留まり、その後50億年青色矮星の段階が続く。青色矮星の段階では光度は太陽光度の3分の1、表面温度は 6500–8500 K になると考えられる。
より重い恒星が進化して主系列を離れてからも赤色矮星やその他の低質量星は主系列に留まり続けるという事実から、星団内で既に主系列を離れた恒星の質量を元にしてその星団の年齢を推定することができる。この手法から宇宙の年齢の下限値が与えられるほか、銀河ハローや銀河円盤などのような銀河系内の構造の形成時間スケールの下限値を推定することができる。
観測されている全ての赤色矮星は「金属」を含んでいる。ここで言う金属とは天文学における金属であり、水素とヘリウムより重い元素を指す。