行星状星云的中央恒星
行星状星云是类太阳恒星演化到晚期的产物。当质量介于太阳0.8到8倍之间的恒星即将走完红巨星阶段，星周包层一再膨胀，但核心却无论如何收缩也无法点燃残存的碳氧元素时，外围氢氦壳层燃烧的不稳定导致了星体表面的不稳定，将恒星最外层抛向远处。最终的结果就是尺度与整个太阳系相当的外围气体壳以及中心的高温致密星骸，后者以数万开尔文的高温释放出的紫外线将周边气体激发，让壳层作为行星状星云发光。
宝瓶座的行星状星云NGC 7293。（图片提供：Anglo-Australian Observatory）
行星状星云的中央星就是这种残存的星骸。虽说很多介绍将其泛泛地称作白矮星，但在赫罗图上，这些所谓的行星状星云核（planetary nebula nucleus，简称PNN）是专门有区别于典型白矮星的一席之地的。它们集中在赫罗图左上角顶端，对应温度超过6万开尔文，堪称表面温度最高的“正常”恒星。这个区域右启属于红巨星的水平支，左下过渡到白矮星的领地。在这一阶段的演化过程中，星体表面先冷却，然后星云消散，整体亮度逐渐下降，最终成为真正的白矮星一员。所以严格说来，PNN只是白矮星的前身。
行星状星云在赫罗图上的位置。（图片来源：Salpeter 1971）
银河系之内的行星状星云大半始于介乎极端星族I和II之间的盘族恒星，基本集中在银盘上下，根据星云物质测定的前身星元素丰度也与银河平均值相当；但也有少数隶属贫金属球状星团的个例；中心残存的PNN身居中性氢和电离氢的混合环境中，本身主要由氦燃烧产生的碳、氧元素外加少量氦和更少的氢组成。受制于展源的特点、普遍较远的分布以及恒星光度和温度不严格一一对应的事实，这些星云的距离、运动速度，乃至中央星的质量、温度和光度测量往往并不精确。
行星状星云阶段的寿命只以万年计算，对于天体演化来说只是一瞬间。在此期间，中央的PNN要先经过引力收缩，并升温到十余万开尔文，同时保持核心外围的氢包层继续燃烧；随后在氢耗尽后，聚变反应趋于停滞，星体通过辐射冷却下来，向白矮星过渡。反映在观测上，PNN的亮度是先保持恒定，然后逐渐减暗，周围的星云物质也因为PNN的冷却而得不到足够的电离能量，最终复归于黑暗。当下对这个过程的认识总的来说还不是很充分，能够讨论渐进巨星支过后恒星演化的模型也屈指可数。
观测上，针对带有脉动现象的前白矮星——室女GW型星的星震学研究以及分光观测都可能会为PNN的演化史带来线索。比如K1–16等行星状星云的高温中央星有着重力波诱发的非径向脉动，星体尺度、仍在燃烧的氢氦包层厚度、冷却速率及自转等因素就反映在了脉动周期及其变化率中，对光变的大样本长期跟踪可以勾勒出PNN内部结构变化情况。而它们同其他脉动白矮星的异同也是饶有意味的话题，如室女GW型星的子类DOV型因其表面富氦且落在赫罗图上从PPN到白矮星的过渡地带，理应是DBV型甚至DAV型星的祖先。在光谱方面，PNN大致可归为两类，一是富含氢元素、与普通恒星类似的那些，其中又以O型及其子型为主；二是完全没有表现出氢线特征的另一部分，如大气几乎全由氦和碳元素组成而不含氢的WC型沃尔夫-拉叶星，还有几乎无谱线的纯连续谱型。考虑在行星状星云抛出之初，刚刚离开渐进巨星阶段的前身星还是会保留有燃烧的氢薄层的，不算罕见的无氢线现象也是当下的PPN演化理论要面临的不小挑战。
疑似拥有三合中央星的行星状星云SuWt 2（左）及其中央星（右）。（图片来源：Exter et al. 2010）
与一般恒星一样，行星状星云中央的恒星也可能是以双星或巨星的形式存在的。如环状的行星状星云SuWt 2的中央存在一对轨道周期不足5天的A型主序星，而有观点认为它们可能又是含有星云PNN的三合星的成员，且其速度变化也与第三颗不可见伴星的存在相符；但更大的可能性则是A型双星与星云并无关联，只是在视线方向上巧合而已。
不过PNN中存在数十对双星早已是不争的事实，无论是径向速度测量还是低温伴星带来的红外超，它们都指向了同样的结论。此外，诸多行星状星云的双极外观也是又一明证，这种形态极可能是双星演化所致。更诱人的是，在双极星云Henize 2-428等事例中，密近双简并星构成的云核因总质量超出了钱德拉塞卡极限，还是未来Ia型超新星爆发的候选体。
船尾L2周围正在形成中的双极行星状星云。该恒星拥有一颗伴星。（图片提供：ESO/P. Kervella）
作为年老巨星到白矮星之间的过渡状态，行星状星云时期反映的是中小质量恒星生命史上重要的转折点，从以核聚变燃烧为支撑的自足恒星变为失去能量来源，只以简并压支撑的星骸。星云的形态由前身星星风以及双星演化作用塑造，也是重元素撒布到宇宙空间的重要渠道；中央星则促进着看似简单实则疑云重重的白矮星研究。可以说这些外观多彩的天体，其内在同样引人入胜。
