ภาพวาดจินตนาการแสดงดาวยักษ์แดง
Credit: ESA/JAXAเมื่อเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใจกลางของดาวฤกษ์หมดลง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจะเริ่มเกิดขึ้นในชั้นที่อยู่ห่างจากใจกลางดาวฤกษ์ออกมา และเผาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่อยู่ในชั้นลึกๆรอบใจกลางดาว ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นคือโครงสร้างรอบนอกของดาวฤกษ์จะเริ่มขยายตัวและเย็นตัวลง ตัวดาวฤกษ์จะมีสีออกไปทางแดงมากขึ้น เมื่อเวลาผ่านล่วงไป ดาวฤกษ์จะกลายสภาพเป็นดาวยักษ์แดง (Red giant) และขยายตัวจนมีขนาดมากกว่า 400 เท่าของขนาดเดิม
เมื่อดาวขยายตัว ดาวยักษ์แดงจะกลืนดาวเคราะห์บางดวงที่โคจรอยู่ใกล้ๆตัวมันด้วย ในกรณีของดวงอาทิตย์นั้น ดาวเคราะห์ชั้นในทุกดวงในระบบสุริยะของเราจะมีจุดจบที่ร้อนระอุ รวมถึงโลกใบนี้ แต่ไม่ต้องกังวล เพราะโลกจะเจอจุดจบจากการขยายตัวของดวงอาทิตย์ในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้า
ขณะที่บรรยากาศของดาวยักษ์ขยายตัวออกไป แก่นกลางของดาวจะยุบตัวลงเนื่องจากความโน้มถ่วง อุณหภูมิและความดันที่ใจกลางดาวจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันอีกครั้ง แต่จะเผาผลาญเชื้อเพลิงฮีเลียมแทนที่จะเป็นไฮโดรเจน
พอดาวฤกษ์สร้างพลังงานโดยการเผาผลาญเชื้อเพลิงฮีเลียม โครงสร้างชั้นที่อยู่รอบนอกจะกลับสู่งสภาวะปกติก่อนเพียงชั่วขณะหนึ่งก่อนที่จะเริ่มยุบตัว ทำให้ดาวฤกษ์ร้อนขึ้นและมีสีออกไปทางสีฟ้าขึ้น อย่างไรก็ตาม ดาวฤกษ์จะอยู่ในระยะนี้เพียง 1 ล้านปี เมื่อเชื้อเพลิงฮีเลียมหมดลงอย่างรวดเร็ว แก่นกลางของดาวจะยุบตัวลงอีกครั้ง และจะเริ่มเกิดการเผาเชื้อเพลิงฮีเลียมในชั้นรอบๆแก่นกลาง และการเผาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในโครงสร้างชั้นที่อยู่เหนือชั้นเผาฮีเลียม โครงสร้างรอบนอกของดาวฤกษ์จะเริ่มขยายตัว เย็นตัว และเปลี่ยนสีออกไปทางแดงอีกครั้ง ทำให้ดาวฤกษ์เข้าสู่ “ระยะดาวยักษ์แดงครั้งที่ 2”
สิ่งที่จะเกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ต่อจากระยะดาวยักษ์แดงจะขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ขนาดเล็กคล้ายดวงอาทิตย์จะเข้าสู่ระยะ “เนบิวลาดาวเคราะห์” ขณะที่ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ จะมีจุดจบที่การระเบิด (ซูเปอร์โนวา)