Tähtede klassifikatsioon ja Hertzsprung-Russelli diagramm

Tähe värvus on otsene, nähtav tagajärg tema pinnatemperatuurile, sama musta keha kiirguse põhimõtte kaudu, mis reguleerib mistahes kuuma, hõõguvat objekti: kuumem pind kiirgab tugevamalt lühemate lainepikkuste poole, nihutades selle üldist värvust punasest (jahedam) läbi kollase ja valge sinisesse (kuumem). Astronoomid kasutavad seda seost tähtede klassifitseerimiseks spektraaltüüpidesse, järjestatuna kuumeimast jahedaimani, ja kvantifitseerivad tähe heledust sõltumatult tema kaugusest Maast, kasutades luminostust, tähe kiiratavat koguvõimsust. Suure tähtede valimi joonestamine temperatuuriga (või samaväärselt spektraaltüübiga) ühel teljel ja luminostusega teisel annab Hertzsprung-Russelli diagrammi, ühe kõige informatsioonitihedama ja laiemalt kasutatava diagrammi astrofüüsikas.

Selle diagrammi silmatorkav omadus, kord kui piisavalt tähti on joonestatud, on see, et tähed ei hajune sellel juhuslikult. Suur enamus asub piki ühtainust, üsna kitsast diagonaalset riba, mis kulgeb kuumadest, väga heledatest tähtedest ülal vasakul jahedate, tuhmide tähtedeni all paremal, nimega peajada. See muster ei ole kokkusattumus: täht veedab suurema osa oma elust, sulatades oma tuumas vesinikku heeliumiks, ja tähe jaoks, mis on selles stabiilses, vesinikku põletavas faasis, on nii tema pinnatemperatuur kui luminostus määratud peaaegu täielikult ühest aluseks olevast muutujast, tema massist — massiivsemal tähel on kuumem, heledam tuum, see põleb kuumemalt oma pinnal ja särab palju suurema koguluminostusega kui väiksema massiga täht, tekitades diagrammil nähtava tiheda, korrapärase riba. Päike, üsna tavaline, keskmise massiga täht, asub ligikaudu peajada keskel.

Mitte iga täht ei asu peajadal, ja diagrammi teised piirkonnad vastavad eristuvatele arengujärkudele eemal stabiilsest vesinikupõletusest. Kord kui täht ammendab oma tuumas oleva vesinikukütuse, areneb see peajadalt eemale: selle välised kihid paisuvad ja jahtuvad, samal ajal kui selle luminostus võib tegelikult suureneda, viies selle diagrammi ülemisse paremasse piirkonda, kus asuvad hiid- ja ülihiidtähed — suuremad, jahedamad, kuid väga heledad tänu oma tohutule pindalale. Veelgi hiljem lõpetavad paljud tähed oma elu valgete kääbustena, väikeste, äärmiselt kuumade, tuhmide tähejäänustena, mis hõivavad diagrammi alumise vasaku piirkonna — kuumad pinnatemperatuurilt, kuid tuhmid oma pisikese kiirgava pindala tõttu. Kuna tähe positsioon Hertzsprung-Russelli diagrammil peegeldab nii tema massi kui tema arengujärku, teenib diagramm samaaegselt nii tänapäeval vaadeldavate tähtede klassifitseerimise vahendina kui üldiselt tähtede elulookäigu taastamise vahendina.