Das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HR-Diagramm) ist eines der wichtigsten Werkzeuge für die Untersuchung der Sternentwicklung. Es wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell unabhängig entwickelt und zeichnet die Temperatur von Sternen gegen ihre Leuchtkraft (das theoretische HR-Diagramm) oder die Farbe von Sternen (oder den Spektraltyp) gegen ihre absolute Größe (das Beobachtungs-HR-Diagramm) auf. (auch als Farb-Größen-Diagramm bekannt).
Abhängig von seiner Ausgangsmasse durchläuft jeder Stern bestimmte Evolutionsstadien, die von seiner inneren Struktur und seiner Energieerzeugung bestimmt werden. Jede dieser Stufen entspricht einer Änderung der Temperatur und der Leuchtkraft des Sterns, die sich während der Entwicklung in verschiedene Bereiche des HR-Diagramms bewegt. Dies zeigt die wahre Kraft des HR-Diagramms – Astronomen können die interne Struktur und das Evolutionsstadium eines Sterns einfach durch Bestimmen seiner Position im Diagramm erkennen.

Das Hertzsprung-Russell-Diagramm zeigt die verschiedenen Stadien der Sternentwicklung. Das mit Abstand auffälligste Merkmal ist die Hauptsequenz (grau), die von links oben (heiße, leuchtende Sterne) nach rechts unten (kühle, schwache Sterne) des Diagramms verläuft. Der Riesenast und die Überriesensterne liegen über der Hauptsequenz, und darunter befinden sich weiße Zwerge.
Bildnachweis: R. Hollow, CSIRO.

Dieses Hertzsprung-Russell-Diagramm zeigt eine Gruppe von Sternen in verschiedenen Stadien ihrer Entwicklung. Das mit Abstand auffälligste Merkmal ist die Hauptsequenz, die von links oben (heiße, leuchtende Sterne) nach rechts unten (kühle, schwache Sterne) des Diagramms verläuft. Der riesige Ast ist auch gut besiedelt und es gibt viele weiße Zwerge. Dargestellt sind auch die Morgan-Keenan-Leuchtkraftklassen, die zwischen Sternen gleicher Temperatur, aber unterschiedlicher Leuchtkraft unterscheiden. – >
Es gibt 3 Hauptregionen (oder Evolutionsstadien) des HR-Diagramms:

1. Die Hauptsequenz erstreckt sich von links oben (heiß, leuchtend) Sterne) rechts unten (kühle, schwache Sterne) dominiert das HR-Diagramm. Hier verbringen Sterne etwa 90% ihres Lebens damit, Wasserstoff in ihren Kernen zu Helium zu verbrennen. Hauptreihensterne haben eine Morgan-Keenan-Leuchtkraftklasse mit der Bezeichnung V.
2. Rote Riesen- und Überriesensterne (Leuchtkraftklassen I bis III) besetzen die Region über der Hauptsequenz. Sie haben niedrige Oberflächentemperaturen und hohe Leuchtdichten, was nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz auch große Radien bedeutet. Sterne treten in dieses Evolutionsstadium ein, sobald sie den Wasserstoffbrennstoff in ihren Kernen erschöpft haben und begonnen haben, Helium und andere schwerere Elemente zu verbrennen.
3. Weiße Zwergsterne (Leuchtkraftklasse D) sind das letzte Evolutionsstadium von niedrig bis mittel Massensterne und befinden sich unten links im HR-Diagramm. Diese Sterne sind sehr heiß, haben aber aufgrund ihrer geringen Größe eine geringe Leuchtkraft.

Die Sonne befindet sich in der Hauptsequenz mit einer Leuchtkraft von 1 und einer Temperatur von etwa 5.400 Kelvin.
Astronomen verwenden das HR-Diagramm im Allgemeinen, um entweder die Entwicklung von Sternen zusammenzufassen oder um die Eigenschaften einer Sammlung von Sternen zu untersuchen. Insbesondere können Astronomen durch Zeichnen eines HR-Diagramms für einen Kugelsternhaufen oder einen offenen Sternhaufen das Alter des Sternhaufens abschätzen, von dem aus Sterne die Hauptsequenz auszuschalten scheinen (Informationen zur Funktionsweise finden Sie im Eintrag zur Hauptsequenz).