יש הבדל עצום בין ננס אדום עלוב בסדרה הראשית, שבקושי חם מספיק כדי לקיים תגובות היתוך, לבין כוכב סדרה ראשית כחול ומסיבי, שמפיק אנרגיה בקצב מהיר פי מיליארדים. בטווח הזה השמש נמצאת באמצע. האם אפשר להבין את ההבדלים האלה במונחים של פיזיקה פשוטה? כן. המבנה של כוכב סדרה ראשית בכל מסה נקבע לפי ארבעה עקרונות: שימור המסה, שימור האנרגיה, שיווי משקל הידרוסטטי (האיזון בין לחץ לכבידה) והאופן שבו האנרגיה מועברת (הקשר בין זרימת האנרגיה לבין השינוי בטמפרטורה עם העומק). שימו לב שקצב הפקת האנרגיה בהיתוך אינו אחד העקרונות העיקריים! זה מה שאפשר לתיאורטיקנים כמו אדינגטון וראסל לפענח את מבנה הכוכבים בשנות העשרים והשלושים של המאה ה-20, לפני שתהליך ההיתוך הובן במלואו.
ראינו שהנגיהות של כוכבי הסדרה הראשית גדלה מאוד ככל שהמסה גדלה, ולכן יש הבדל עצום בין כוכבים כבדים לכוכבים קלים בסדרה הראשית. בכוכבים כבדים, האנרגיה עוברת ברוב נפח הכוכב בקרינה (ורק בליבה יש הסעה). בכוכבים כמו השמש, האנרגיה עוברת בחלק הפנימי בקרינה ובחלק החיצוני בהסעה – תנועה של הפלזמה כולה; ובכוכבים הקלים ביותר ההסעה מתרחשת בכל נפח הכוכב. הפנים של כוכבים חם מאוד – מיליוני מעלות – והירידה לטמפרטורות פני השטח, של אלפי או עשרות אלפי מעלות, מתרחשת בשכבה חיצונית דקה. הפקת האנרגיה בהיתוך מתרחשת באזור מרכזי קטן, שמכיל רק חלק קטן מהמסה של הכוכב: הפקת האנרגיה הגרעינית יורדת מהר מאוד עם המרחק מהמרכז, כי היא רגישה מאוד לטמפרטורה. כוכבים קלים מהשמש מפיקים את רוב האנרגיה שלהם בשרשרת פרוטון-פרוטון, וכוכבים כבדים מהשמש (מכ-1.3 מסות שמש) – במחזור CNO. כשמחשבים את פרטי העברת האנרגיה, מתברר שבכוכבים כבדים הליבה חמה יותר, אבל דווקא פחות צפופה מאשר בכוכבים קלים.
כוכבים נמצאים בשיווי משקל כל עוד הם על הסדרה הראשית. נניח שקצב ההיתוך עולה מעט: הטמפרטורה והלחץ יעלו, והליבה תתפשט מעט – וזה יוריד את הצפיפות ואת הטמפרטורה, ויקטין את קצב ההיתוך. כך מנגנון משוב מונע מקצב ההיתוך להמריא, וגם ההפך נכון. לכן כוכבים הם מקורות יציבים של קרינה ושל אור. אבל נניח שבליבה לא הייתה הפקת אנרגיה. במקרה כזה, הלחץ היה גבוה והליבה הייתה חמה מהמעטפת החיצונית; אנרגיה הייתה בורחת בקרינה או בהסעה, והליבה הייתה מתכווצת מעט בכוח הכבידה. זה היה מחמם אותה, ואז הייתה בורחת עוד יותר אנרגיה. עכשיו זו לולאת משוב חיובי, שמגבירה את השינוי במקום לרסן אותו – והליבה קורסת! זו הסיבה שמתרחשים שינויים דרמטיים כשכוכב בסדרה הראשית מכלה את המימן שלו, או בכל פעם שכוכב מגיע לסוף הדלק הגרעיני שלו.
→ הסעיף הקודם: 12.23 להבין את הסדרה הראשית | הסעיף הבא: 12.25 התפתחות כוכבים ←