В астрономии, жёлтый карлик — тип небольших звёзд главной последовательности, имеющих массу от 0,8 до 1,4 массы Солнца. Соответственно своему названию, они имеют жёлтый цвет. Основным источником их энергии является термоядерный синтез гелия из водорода. Самым известным жёлтым карликом является Солнце.
     Температура поверхности жёлтых карликов составляет 5000–6000 K, их спектральные классы G0V–G9V.
     Время жизни жёлтого карлика составляет в среднем 10 миллиардов лет. После того, как сгорает весь запас водорода, звезда во много раз увеличивается в размере и превращается в красный гигант. Примером красного гиганта может служить звезда Альдебаран. Красный гигант выбрасывает внешние слои газа, образуя этим самым планетарные туманности, а ядро коллапсирует в маленький, плотный белый карлик.

     Коричневые или бурые карлики («субзвёзды») — субзвёздные объекты (с массами в диапазоне от 5 до 75–80 масс Юпитера), в недрах которых, в отличие от звёзд главной последовательности, не происходит реакции термоядерного синтеза c превращением водорода в гелий (цикл Бете). В коричневых карликах, в отличие от звёзд главной последовательности, также отсутствуют зоны радиационного переноса энергии — теплоперенос в них осуществляется только за счёт конвекции, что обуславливает однородность их химического состава по глубине.
     Коричневые карлики были первоначально названы чёрными карликами, и классифицировались как темные субзвёздные объекты, свободно плавающие в космическом пространстве и имеющие слишком малую массу, чтобы поддерживать стабильную термоядерную реакцию. В настоящее время понятие чёрный карлик имеет совсем другое значение.
     В ранних моделях строения звёзд считалось, что для протекания термоядерных реакций масса звезды должна быть хотя бы в 80 раз больше массы Юпитера (или 0,08 массы Солнца). Гипотеза о существовании плотных звездоподобных объектов с массой меньше указанной (коричневые карлики) была выдвинута в начале 60-х годов 20-го века. Считалось, что образование их протекает во многом подобно образованию обычных звезд, но обнаружить их очень сложно, так как они практически не испускают видимого света. Наиболее сильное излучение коричневых карликов наблюдается в инфракрасном диапазоне.
     Но на протяжении нескольких десятилетий наземные телескопы, работающие в этом диапазоне, имели слишком низкую точность и поэтому были неспособны обнаружить коричневые карлики. Позднее было выдвинуто предположение, что в зависимости от компонентов, участвующих в формировании звезды, критическая масса, необходимая для протекания такого же как и в обычной звезде термоядерного синтеза гелия с участием водорода, составляет 75 масс Юпитера. Субзвёздные объекты, достаточно быстро сформировавшиеся сжатием туманности, могут иметь массу меньше 13 масс Юпитера. В них вообще исключено протекание каких-либо термоядерных реакций.
     С 1995 года, когда было впервые подтверждено существование коричневого карлика, было найдено более сотни подобных объектов. Считается, что они составляют большинство космических объектов во Млечном Пути. Самые ближайшие из них к Земле — компоненты кратной звезды E Индейца Ba и Bb, пара карликов, расположенных на расстоянии 12 световых лет от Солнца.
     В 2006 удалось впервые непосредственно измерить массы двух коричневых карликов (в двойной системе), которые оказались равны 57 и 36 масс Юпитера.
     Различия между тяжёлыми коричневыми карликами и легкими звёздами:
     Литий: Коричневые карлики, в отличие от звёзд с малой массой, содержат литий. Это происходит из-за того, что звёзды, имеющие достаточную для термоядерных реакций температуру, быстро исчерпывают свои первоначальные запасы лития. При столкновении ядра лития-7 и свободного протона образуются два ядра гелия-4. Температура, необходимая для этой реакции, немного ниже, чем температура, при которой возможен термоядерный синтез с участием водорода. Конвекция в звёздах является причиной полного истощения запасов лития, который из холодных наружных слоёв постепенно попадает в горячие внутренние и там сгорает. Следовательно, наличие литиевых линий в спектрах кандидатов на коричневые карлики является хорошим признаком их субзвёздной структуры. Такой подход к различению коричневых карликов и звёзд с малой массой впервые был предложен Рафаэлем Реболо и его коллегами и получил название «литиевый тест».

1. В то же время, литий присутствует в составе очень молодых звёзд, не успевших еще сжечь его. Более тяжелые звёзды, такие как наше Солнце, содержат литий в верхних слоях атмосферы, которые слишком холодны для реакций с его участием. Но такие звёзды легко отличимы от коричневых карликов по размеру.

2. С другой стороны, тяжелые коричневые карлики (порядка 65–80 M_J) способны истощить запасы лития в начальные периоды своей жизни, то есть примерно за полмиллиарда лет. Таким образом, «литиевый тест» не совершенен.

     Метан: В отличие от звёзд, некоторые коричневые карлики на заключительном периоде своего существования достаточно холодны, чтобы за долгое время накопить в своей атмосфере обозримое количество метана. Примером может служить Gliese 229.
     Яркость: Звёзды главной последовательности, остывая, в конечном итоге достигают минимальной яркости, которую они могут поддерживать стабильными термоядерными реакциями. Это значение яркости в среднем составляет минимум 0,01 % яркости Солнца. Коричневые карлики остывают и тускнеют постепенно на протяжении своего жизненного цикла. Достаточно старые карлики становятся слишком тусклыми, чтобы считаться звёздами.
     Различия между малыми коричневыми карликами и большими планетами:
     Отличительным свойством коричневых карликов является то, что они имеют радиус, приблизительно равный радиусу Юпитера. В массивных коричневых карликах (60–80 M_J) определяющую роль, как и в белых карликах, играет давление вырожденного электронного газа (ферми-газа). Объем лёгких коричневых карликов (1–10 M_J) определяется действием закона Кулона. Результатом всего этого является то, что радиусы коричневых карликов различаются всего на 10–15 % для всего диапазона масс. Из-за этого отличить их от планет достаточно трудно.
     Кроме того, многие коричневые карлики не способны поддерживать термоядерные реакции. Легкие (до 13 M_J) — слишком холодны и в них невозможны даже реакции с участием дейтерия, а тяжелые (более 60 M_J) остывают слишком быстро (приблизительно за 10 миллионов лет) и тем самым теряют способность к термоядерному синтезу. Но всё же существуют способы отличить коричневый карлик от планеты:

1. Измерение плотности. Все коричневые карлики имеют приблизительно одинаковый радиус и объем. Следовательно, объект с массой более 10 M_J скорее всего не является планетой.

2. Наличие рентгеновского и инфракрасного излучения. Некоторые коричневые карлики излучают в рентгеновском диапазоне. Все «теплые» карлики излучают в красном и инфракрасном диапазонах, пока не остынут до температуры, сопоставимой с планетарной (до 1000 K).

     В отличие от звёзд главной последовательности, минимальная температура поверхности которых составляет порядка 4000 К, температура коричневых карликов лежит в промежутке от 300 до 3000 К. В отличие от звёзд, которые сами себя разогревают за счёт внутреннего синтеза, коричневые карлики на протяжении своей жизни постоянно остывают, при этом чем крупнее карлик, тем медленнее он остывает.
     Свойства коричневых карликов, переходных между планетами и звёздами по массам, вызывают особый интерес астрономов. Год спустя после открытия первого объекта этого класса в атмосферах коричневых карликов были обнаружены погодные явления. Выяснилось, что коричневые карлики также могут иметь собственные спутники.
     Последние наблюдения за известными коричневыми карликами выявили некоторые закономерности в усилении и ослаблении излучения в инфракрасном диапазоне. Это наталкивает на мысль о том, что коричневые карлики затянуты относительно холодными, непрозрачными облаками, скрывающими горячую внутреннюю область. Считается, что эти облака находятся в постоянном движении из-за сильных ветров, гораздо более сильных, чем известные штормы на Юпитере.
     Рентгеновские вспышки, зафиксированные в 1999 г. свидетельствуют о наличии у коричневых карликов изменяющихся магнитных полей, схожих с магнитными полями легких звёзд.
     Коричневый карлик Cha 110913–773444, расположенный в созвездии Хамелеона на расстоянии в 500 световых лет от Солнца, может находиться в процессе формирования мини-солнечной системы. Астрономы из Университета Пенсильвании обнаружили нечто схожее с диском газа и пыли, сильно напоминающий протопланетный диск, из которого, как считается, образовалась наша Солнечная система. Cha 110913-773444 — самый маленький из известных на сегодняшний день коричневых карликов (8 M_J). Кроме того, если он на самом деле сформировал солнечную систему, то он будет самым маленьким известным объектом, имеющим оную. Статья на эту тему была опубликована в Астрофизическом журнале.
     Очередной коричневый карлик был обнаружен в марте 2006 г. группой астрономов с помощью телескопа Южно-европейской обсерватории. Объект был найден у звезды SCR, находящейся на расстоянии 12,7 световых лет. Неожиданно открытая звезда обращается вокруг ранее известной звезды на расстоянии, примерно в четыре раза превышающем расстояние от Земли до Солнца, и характеризуется рекордно низкой температурой поверхности - «всего» 750 градусов по Цельсию.

     Субкоричневые карлики — холодные формирования, по массе лежащие ниже предела коричневых карликов. Их в большей мере принято считать планетами. Но в то же время, схема образования субкоричневых карликов схожа со схемой образования звёзд. Они рождаются путем коллапса газового облака, а не аккрецией или коллапсом ядра из материала околозвёздного диска, как планеты. Учёное сообщество пока не пришло к окончательному заключению о том, что считать планетой, а что субкоричневым карликом.
Возможные субкоричневые карлики:

1. 2M1207b
2. SCR 1845-6357 B
3. Cha 110913-773444

     После того, как внешние слои звезды, с массой большей, чем пять солнечных разлетелись, образовав красный сверхгигант, ядро вследствие сил гравитации начинает сжиматься. По мере сжатия увеличиваются температура и плотность, и начинается новая последовательность термоядерных реакций. В таких реакциях синтезируются тяжёлые элементы, что временно сдерживает коллапс ядра.
     В конечном итоге, по мере образования всё более тяжёлых элементов периодической системы, из кремния синтезируется железо-56. Вплоть до этого момента синтез элементов высвобождал большое количество энергии, однако именно ядро железа-56 обладает максимальным дефектом массы и образование более тяжёлых ядер невыгодно. Поэтому когда железное ядро звезды достигает определённой величины, то давление в нём уже не в состоянии противостоять колоссальной силе гравитации, и происходит незамедлительный коллапс ядра с нейтронизацией его вещества.
     То что происходит в дальнейшем, не до конца ясно. Но что бы это ни было, это в считанные секунды приводит к взрыву сверхновой звезды невероятной силы.
     Сопутствующий этому всплеск нейтрино провоцирует ударную волну. Сильные струи нейтрино и вращающееся магнитное поле выталкивают большую часть накопленного звездой материала — так называемые рассадочные элементы, включая железо и более лёгкие элементы. Разлетающаяся материя бомбардируется вырываемыми из ядра нейтронами, захватывая их и тем самым, создавая набор элементов тяжелее железа, включая радиоактивные, вплоть до урана (а возможно, даже до калифорния). Таким образом, взрывы сверхновых объясняют наличие в межзвёздном веществе элементов тяжелее железа.
     Взрывная волна и струи нейтрино уносят материал прочь от умирающей звезды в межзвёздное пространство. В последующем, перемещаясь по космосу, этот материал сверхновой может столкнуться с другим космическим мусором, и возможно, участвовать в образовании новых звёзд, планет или спутников.

     Гипергигант — это звезда огромной массы и размеров, имеющая на диаграмме Герцшпрунга-Рассела класс светимости 0, гипергиганты определяются как самые мощные, самые тяжёлые, самые яркие и одновременно самые редкие и короткоживущие сверхгиганты.
Масса гипергиганта намного превышает массу любой звезды, даже сверхгиганта — так, типичный гипергигант в 6 раз более массивный, чем такая мощная звезда, как Ригель. Типичная масса гипергиганта — 120 масс Солнца и более, вплоть до 200–250 масс Солнца. По размерам гипергиганты не больше сверхгигантов, однако, их масса намного больше, поэтому они приближаются к теоретическому пределу массы и крайне неустойчивы. Излучение их тоже очень велико, а процессы, которые проходят в ходе их очень быстрой эволюции, грандиозны. Светимость гипергигантов превышает 500 тысяч светимостей Солнца, а часто она составляет миллионы светимостей Солнца, так, типичный гипергигант более чем в десять раз ярче Ригеля. Температура поверхности гипергигантов сильно различается — она может быть как 3200 градусов Цельсия, так и 35 000 градусов Цельсия. Большинство гипергигантов классифицируются как яркие белые переменные звёзды типа S Золотой рыбы.
Гипергиганты имеют крайне маленькую продолжительность жизни — так, продолжительность жизни гипергиганта равна в среднем одному –двум миллионам, а у особо крупных даже сотнями тысяч лет. В нашей Галактике такие массивные звёзды вообще редкость, поэтому в нашей Галактике насчитывается всего примерно десяток гипергигантов.

1. Эта Киля, один из самых близких и один из самых мощных и неустойчивых гипергигантов в нашей Галактике. Расстояние до Эты Киля равно 7500–8000 световых лет. Светимость звезды составляет 5 миллионов светимостей Солнца (болометрическая светимость). Предположительно, звезда станет сверхновой через несколько десятков тысяч лет.

2. Звезда Р Лебедя, расположена от нас на расстоянии 5000–6000 св.лет.

3. Звезда Пистоля, расположенная в окрестностях центра Млечного пути на расстоянии 25 000 св. лет от нас. Масса звезды — 150 солнечных, а светимость превышает миллион солнечных. Возраст звезды около 2 миллионов лет.

Звёзды в скоплении 1806-20. Одна из звёзд, LBV 1806-20, является самой мощной известной на текущей момент звездой в Млечном Пути, её светимость в 10 миллионов раз больше солнечной, а масса превышает солнечную почти в 200 раз. Размеры звезды тоже очень велики — будучи помещенной, в Солнечную систему, она бы поглотила все планеты, включая Марс. Звезда тоже находится в созвездии Стрельца, однако она не видна невооружённым глазом, расстояние до неё варьируется от 30 000 до 49 000 тысяч св.лет.

     Голубой сверхгигант — тип сверхгигантских звёзд (I класс светимости) спектрального класса O.
     Это молодые очень горячие и яркие звёзды с температурой поверхности 20 000–50 000 °C. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела расположены в верхней левой части. Их масса находится в пределах 10–50 солнечных масс, максимальный радиус достигает 25 солнечных радиусов. Эти редкие и загадочные звезды — одни из самых горячих, крупнейших и самых ярких объектов в изученной области Вселенной.
     Из-за огромных масс они имеют относительно короткую продолжительность жизни (10–50 миллионов лет) и присутствуют только в молодых космических структурах, таких как рассеянные скопления, рукава спиральных галактик и неправильные галактики. Они практически не встречаются в ядрах спиральных галактик, эллиптических галактик или шаровых скоплениях, которые, как полагают, являются старыми.
     Несмотря на их редкость и их короткую жизнь, голубые сверхгиганты часто встречаются среди звёзд, видимых невооружённым глазом; свойственная им яркость компенсирует их малочисленность.
     Голубые сверхгиганты — это массивные звёзды, находящиеся в определённой фазе процесса «умирания». В этой фазе интенсивность протекающих в ядре звезды термоядерных реакций снижается, что приводит к сжатию звезды. В результате значительного уменьшения площади поверхности увеличивается плотность излучаемой энергии, а это, в свою очередь, влечёт за собой нагрев поверхности. Такого рода сжатие массивной звёзды приводит к превращению красного сверхгиганта в голубой. Возможен также обратный процесс —превращения голубого сверхгиганта в красный.
     В то время как звёздный ветер от красного сверхгиганта плотен и медленен, ветер от голубого сверхгиганта быстр, но разрежен. Если в результате сжатия красный сверхгигант становится голубым, то более быстрый ветер сталкивается с испущенным ранее медленным ветром и заставляет выброшенный материал уплотняться в тонкую оболочку. Почти все наблюдаемые голубые сверхгиганты имеют подобную оболочку, подтверждающую, что все они ранее были красными сверхгигантами.
     По мере развития, звезда может несколько раз превращаться из красного сверхгиганта (медленный, плотный ветер) в голубой сверхгигант (быстрый, разреженный ветер) и наоборот, что создаёт концентрические слабые оболочки вокруг звезды. В промежуточной фазе звезда может быть жёлтой или белой, как, например, Полярная звезда. Как правило, массивная звезда заканчивает своё существование взрывом сверхновой, но очень небольшое количество звёзд, масса которых колеблется в пределах от восьми до двенадцати солнечных масс, не взрываются, а продолжают эволюционировать и в итоге превращаются в кислородно-неоновые белые карлики. Пока точно не выяснено, как и почему образуются эти белые карлики из звёзд, которые теоретически должны закончить эволюцию взрывом малой сверхновой. Как голубые, так и красные сверхгиганты могут эволюционировать в сверхновую.
     Так как большую часть времени массивные звёзды пребывают в состоянии красных сверхгигантов, мы наблюдаем больше красных сверхгигантов, чем голубых, и большинство сверхновых происходит из красных сверхгигантов. Астрофизики ранее даже предполагали, что все сверхновые происходят из красных сверхгигантов, однако сверхновая SN 1987A образовалась из голубого сверхгиганта и, таким образом, это предположение оказалось неверным. Это событие также привело к пересмотру некоторых положений теории эволюции звёзд.
     Самый известный пример — Ригель (β Ориона), самая яркая звезда в созвездии Орион, масса которой приблизительно в 20 раз больше массы Солнца и которая обладает светимостью в 14 000 раз больше солнечной.

1. Гамма Парусов
2. Альфа Жирафа
3. Дзета Ориона
4. Тау Большого Пса
5. Дзета Кормы

     Красные гиганты и сверхгиганты — звёзды поздних спектральных классов с высокой светимостью и протяжёнными оболочками.
     К красным гигантам относят звёзды спектральных классов K и M классов светимости III и I соответственно, то есть с абсолютными звёздными величинами у красных гигантов и MV < – 3^m у красных сверхгигантов. Температура излучающей поверхности (фотосферы) красных гигантов сравнительно невелика и, соответственно, поток энергии с единицы излучающей площади невелик — в 2–10 раз меньше, чем у Солнца. Однако, светимость таких звёзд может достигать 10⁵ · 10⁶L_Sol, так как красные гиганты и сверхгиганты имеют очень большие радиусы. Характерные радиусы красных гигантов и сверхгигантов — от 100 до 800 солнечных радиусов.
     Спектры красных гигантов характеризуются наличием молекулярных полос поглощения, максимум излучения приходится на красную и инфракрасную области спектра.
     Звёзды в процессе своей эволюции могут достигать поздних спектральных классов и высоких светимостей на двух этапах своего развития: на стадии звёздообразования и поздних стадиях эволюции. Стадия, на которой молодые звёзды наблюдаются как красные гиганты, зависит от их массы — этот этап длится от ~ 10³ лет для массивных звёзд с массами и до ~ 10⁸ лет для маломассивных звёзд. В это время звезда излучает за счёт гравитационной энергии, выделяющейся при сжатии. По мере сжатия температура поверхности таких звёзд растёт, но, вследствие уменьшения размеров и площади излучающей поверхности, падает светимость. В конечном итоге, в их ядрах начинается реакция термоядерного синтеза гелия из водорода, и молодая звезда выходит на главную последовательность.
     На поздних стадиях эволюции звёзд, после выгорания водорода в их недрах, звёзды сходят с главной последовательности и перемещаются в область красных гигантов и сверхгигантов диаграммы Герцшпрунга - Рассела: этот этап длится ~ 10% от времени «активной» жизни звёзд, то есть этапов их эволюции, в ходе которых в звёздных недрах идут реакции нуклеосинтеза. Звёзды главной последовательности с массами превращаются сначала в красные гиганты, а затем — в красные сверхгиганты; звёзды с — непосредственно в красные сверхгиганты. Перед тем, как перейти в стадию красного гиганта, звезда проходит промежуточную стадию — стадию субгиганта. Субгигант — это звезда, в ядре которой уже прекратились термоядерные реакции с участием водорода, но горение гелия еще не началось, так как ядро недостаточно разогрето.
     В современной астрофизике термин красные гиганты относится, как правило, к таким проэволюционировавшим звёздам, сошедшим с главной последовательности; молодые звёзды, не вышедшие на главную последовательность, обобщённо называют протозвёздами или по конкретному типу, например, звёзды типа T Тельца.
     И «молодые», и «старые» красные гиганты имеют схожие наблюдаемые характеристики, объясняющиеся сходством их внутреннего строения — все они имеют горячее плотное ядро и очень разрежённую и протяжённую оболочку (англ. envelope). Наличие протяжённой и относительно холодной оболочки приводит к интенсивному звёздному ветру: потери массы при таком истечении вещества достигают в год. Интенсивному звёздному ветру способствует несколько факторов:

1. Высокая светимость красных гигантов в сочетании с огромной протяжённостью их атмосфер (радиусы в 10² · 10³R_Sol) приводит к тому, что на границах их фотосфер давление излучения на газовую и пылевую компоненты их оболочек становится соизмеримым с силами тяготения, что вызывает вынос вещества.

2. Ионизация областей оболочек, лежащих ниже фотосферы, делает их существенно непрозрачными для электромагнитного излучения, что приводит к конвекционному механизму переноса энергии. Аналогичную природу имеет солнечная активность, в случае же красных гигантов мощность конвективных потоков должна значительно превосходить солнечную.

3. В протяжённых звёздных оболочках могут развиваться неустойчивости, приводящие к сильным колебательным процессам, сопровождающимся изменением теплового режима звезды. Периодические колебания оболочек во многих случаях приобретают заметный с огромных расстояний масштаб: многие «старые» красные гиганты являются пульсационными переменными, переменными являются также и некоторые «молодые красные гиганты» типа T Тельца.

     Конвективные механизмы могут приводить к выносу в атмосферу звезды продуктов нуклеосинтеза из внутренних ядерных источников, что является причиной наблюдаемых аномалий химического состава красных гигантов, в частности, повышенного содержания углерода.
     В процессе эволюции звёзд главной последовательности происходит «выгорание» водорода — нуклеосинтез с образованием гелия. Такое выгорание приводит к прекращению энерговыделения в центральных частях звезды, сжатию и, соответственно, к повышению температуры и плотности в её ядре. Рост температуры и плотности в звёздном ядре ведёт к условиям, в которых активируется новый источник термоядерной энергии: выгорание гелия (тройная гелиевая реакция или тройной α-процесс), характерный для красных гигантов и сверхгигантов.
     При температурах порядка 10⁸ K кинетическая энергия ядер гелия становится достаточно высокой для преодоления кулоновского барьера: два ядра гелия (α-частицы) могут сливаться с образованием нестабильного изотопа бериллия Be⁸:
He⁴ + He⁴ = Be⁸
     Большая часть Be⁸ снова распадается на две α-частицы, но при столкновении Be⁸ с высокоэнергетической α-частицей может образоваться стабильное ядро углерода C¹²:
Be⁸ + He⁴ = C¹² + 7,3 МэВ.
     Несмотря на весьма низкую равновесную концентрацию Be8 (например, при температуре ~10⁸ K отношение концентраций Be⁸/He⁴ ~10^–10), скорость тройной гелиевой реакции оказывается достаточной для достижения нового гидростатического равновесия в горячем ядре звезды. Зависимость энерговыделения от температуры в тройной гелиевой реакции чрезвычайно высока: так, для диапазона температур ~1–2·10⁸ K.
     Начало тройной гелиевой реакции в вырожденных ядрах маломассивных (масса до ~2,25 солнечных) красных гигантов имеет взрывоподобный характер, что приводит к резкому, но очень кратковременному (~10⁴–10⁵ лет) росту их светимости — гелиевой вспышке.
     Следует, однако, отметить, что тройная гелиевая реакция характеризуется значительно меньшим энерговыделением, чем цикл Бете: в пересчёте на единицу массы энерговыделение при «горении» гелия более чем в 10 раз ниже, чем при «горении» водорода. По мере выгорания гелия и исчерпания источника энергии в ядре возможны и более сложные реакции нуклеосинтеза, однако, во-первых, для таких реакций требуются все более высокие температуры и, во-вторых, энерговыделение на единицу массы в таких реакциях падает по мере роста массовых чисел ядер, вступающих в реакцию.
     Дополнительным фактором, по-видимому, влияющим на эволюцию ядер красных гигантов, является сочетание высокой температурной чувствительности тройной гелиевой реакции и реакций синтеза более тяжёлых ядер, с механизмом нейтринного охлаждения: при высоких температурах и давлениях возможно рассеяние фотонов на электронах с образованием нейтрино-антинейтринных пар, которые свободно уносят энергию из ядра: звезда для них прозрачна. Скорость такого объёмного нейтринного охлаждения, в отличие от классического поверхностного фотонного охлаждения, не лимитирована процессами передачи энергии из недр звезды к её фотосфере. В результате реакции нуклеосинтеза в ядре звезды достигается новое равновесие, характеризующееся одинаковой температурой ядра: образуется изотермическое ядро.
()

Пути эволюции красных гигантов в зависимости от их массы
Масса	Ядерные реакции	Процессы в ходе эволюции	Остаток
0,08-2,5	Водородный слоевой источник	Образуется вырожденное гелиевое ядро, оболочка рассеивается	He-белый карлик с массой до 0,5 солнечных
2,5-8	Двойной слоевой источник	1. Образуется вырожденное СО-ядро с массой до 1,2 солнечных, на стадии асимптотической ветви гигантов происходит сброс оболочки с образованием планетарной туманности, наблюдающейся ~104 лет. 2. В некоторых случаях углеродная детонация ядра, наблюдающаяся как вспышка сверхновой типа I	1. СО-белый карлик массой 0,6-0,7 солнечных, Планетарная туманность. 2. Звезда полностью рассеивается при вспышке
8-12	Двойной слоевой источник, затем "загорание" углерода в недрах	"Горение" углерода останавливается из-за вырождения O-Ne-Mg ядра, оболочка рассеивается.	O-Ne-Mg-белый карлик с массой, близкой к пределу Чандрасекара
12-30	Вырождение в ядре не наступает и нуклеосинтез идёт вплоть до образования элементов железного пика (Fe, Co, Ni)	Ядро с массой 1,5-2 солнечных коллапсирует в нейтронную звезду, коллапс наблюдается как вспышка сверхновой типа II (при наличии протяжённой водородной оболочки) или Ib/с (коллапс ядра звезды Вольфа - Райе), сброшенная оболочка в течение ~104 лет наблюдается как остаток сверхновой	Нейтронная звезда
> 30	Процессы неясны	Процессы неясны	Чёрная дыра с массой до 10 солнечных?

     Красные гиганты — переменные звёзды

1. Радиально пульсирующие долгопериодические переменные типа Миры — омикрона Кита (Long Period Variables M, Omicron Ceti-type) — гиганты спектрального класса М с периодом от 80 до более 1000 дней и вариациями блеска от 2.5^m до 11^m, в спектрах присутствуют эмиссионные линии.

2. SR — полуправильные пульсирующие переменные гиганты спектрального класса М (типа Z UMa) с периодом от 20 до нескольких лет и вариациями блеска ~ 3^m.

3. SRc — полуправильные пульсирующие переменные сверхгиганты спектрального класса М (типа мю Cep).

4. Lb — неправильные медленные пульсирующие переменные гиганты спектрального класса K, M, C, S (типа CO Cyg).

5. Lc — неправильные медленные пульсирующие переменные сверхгиганты спектрального класса M (типа TZ Cas) с вариациями блеска ~ 1^m.

     Тройная гелиевая реакция и изотермические ядра красных гигантов
     В процессе эволюции звёзд главной последовательности происходит «выгорание» водорода — нуклеосинтез с образованием гелия (см. цикл Бете). Такое выгорание приводит к прекращению энерговыделения в центральных частях звезды, сжатию и, соответственно, к повышению температуры и плотности в её ядре. Рост температуры и плотности в звёздном ядре ведёт к условиям, в которых активируется новый источник термоядерной энергии: выгорание гелия (тройная гелиевая реакция или тройной α-процесс), характерный для красных гигантов и сверхгигантов.
     При температурах порядка 10⁸ K кинетическая энергия ядер гелия становится достаточно высокой для преодоления кулоновского барьера: два ядра гелия (α-частицы) могут сливаться с образованием нестабильного изотопа бериллия Be⁸:
He⁴ + He⁴ = Be⁸
     Большая часть Be⁸ снова распадается на две α-частицы, но при столкновении Be⁸ с высокоэнергетической α-частицей может образоваться стабильное ядро углерода C12:
Be⁸ + He⁴ = C¹² + 7,3 МэВ.
     Тройная гелиевая реакция характеризуется значительно меньшим энерговыделением, чем цикл Бете: в пересчёте на единицу массы энерговыделение при «горении» гелия более чем в 10 раз ниже, чем при «горении» водорода. По мере выгорания гелия и исчерпания источника энергии в ядре возможны и более сложные реакции нуклеосинтеза, однако, во-первых, для таких реакций требуются все более высокие температуры и, во-вторых, энерговыделение на единицу массы в таких реакциях падает по мере роста массовых чисел ядер, вступающих в реакцию.
     Дополнительным фактором, по видимому влияющим на эволюцию ядер красных гигантов, является сочетание высокой температурной чувствительности тройной гелиевой реакции и реакций синтеза более тяжёлых ядер с механизмом нейтринного охлаждения: при высоких температурах и давлениях возможно рассеяние фотонов на электронах с образованием нейтрино-антинейтринных пар, которые свободно уносят энергию из ядра: звезда для них прозрачна. Скорость такого объёмного нейтринного охлаждения, в отличие от классического поверхностного фотонного охлаждения, не лимитирована процессами передачи энергии из недр звезды к её фотосфере. В результате реакции нуклеосинтеза в ядре звезды достигается новое равновесие, характеризующееся одинаковой температурой ядра: образуется изотермическое ядро.
     В случае красных гигантов с относительно небольшой массой (порядка солнечной) изотермические ядра состоят, в основном, из гелия, в случае более массивных звёзд — из углерода и более тяжёлых элементов. Однако, в любом случае плотность такого изотермического ядра настолько высока, что расстояния между электронами образующей ядро плазмы становятся соизмеримыми с их длиной волны Де Бройля ламбда = h / mv, то есть выполняются условия вырождения электронного газа. Расчёты показывают, что плотность изотермических ядер соответствует плотности белых карликов, т. е. ядрами красных гигантов являются белые карлики.
     Ядерные реакции в красных гигантах происходят не только в ядре: по мере выгорания водорода в ядре, нуклеосинтез гелия распространяется на ещё богатые водородом области звезды, образуя сферический слой на границе бедных и богатых водородом областей. Аналогичная ситуация возникает и с тройной гелиевой реакцией: по мере выгорания гелия в ядре она также сосредотачивается в сферическом слое на границе между бедными и богатыми гелием областями. Светимость звёзд с такими «двухслойными» областями нуклеосинтеза значительно возрастает, достигая порядка нескольких тысяч светимостей Солнца, звезда при этом «раздувается», увеличивая свой диаметр до размеров земной орбиты. Зона нуклеосинтеза гелия поднимается к поверхности звезды: доля массы внутри этой зоны составляет ~70 % массы звезды. «Раздувание» сопровождается достаточно интенсивным истечением вещества с поверхности звезды, такие объекты наблюдаются как протопланетарные туманности.
     Такие звезды явно являются нестабильными и в 1956 г. И. С. Шкловский предложил механизм образования планетарных туманностей через сброс оболочек красных гигантов, при этом обнажение изотермических вырожденных ядер таких звёзд приводит к рождению белых карликов. Точные механизмы потери массы и дальнейшего сброса оболочки для таких звёзд пока неясен, но можно предположить следующие факторы, могущие внести свой вклад в потерю оболочки:

1. В протяжённых звёздных оболочках могут развиваться неустойчивости, приводящие к сильным колебательным процессам, сопровождающимися изменением теплового режима звезды.

2. Вследствие ионизации водорода в областях, лежащих ниже фотосферы может развиться сильная конвективная неустойчивость. Аналогичную природу имеет солнечная активность, в случае же красных гигантов мощность конвективных потоков должна значительно превосходить солнечную.

3. Из-за крайне высокой светимости существенным становится световое давление потока излучения звезды на её внешние слои, что, по расчётным данным, может привести к потере оболочки за несколько тысяч лет.

     Так или иначе, но достаточно длительный период относительно спокойного истечение вещества с поверхности красных гигантов заканчивается сбросом его оболочки и обнажением его ядра. Такая сброшенная оболочка наблюдается как планетарная туманность. Скорости расширения протопланетарных туманностей составляют десятки км/с, т. е. близки к значению параболических скоростей на поверхности красных гигантов, что служит дополнительным подтверждением их образования сбросом «излишка массы» красных гигантов.
     Сейчас предложенный Шкловским сценарий конца эволюции красных гигантов является общепринятым и подкреплён многочисленными наблюдательными данными.