ستاره ، پس از سپری کردن بیشتر عمر خود در رشتۀ اصلی، مرحله ای نهایی ازنورافشانی خود را به صورت غول سرخ آغاز می کند. اطلاق چنین عنوانی، ناشی از این واقعیت است که ستاره در این مراحل پیشرفته، بسیار سردتر از موقعی است که در رشتۀ اصلی بود (و از این رو قرمزتر است ) ، و همچنین اندازۀ آن به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر از اندازه ای است که به هنگام پایداری در رشتۀ اصلی داشت. گر چه راهی که ستاره در فاز غول سرخی می پیماید به جرم وترکیبات شیمیایی آن بستگی دارد، ولی الگوی عمومی چنین مسیری برای همۀ ستاره ها تقربیاً یکسان است .
تکامل خورشید به یک غول سرخ
اکنون از عمر خورشید تقریباً 5/4 میلیارد سال می گذرد. خورشید اندکی در بالای رشتۀ اصلی قرار دارد و حدود نیمی ازعمرمفید خود را به عنوان یک ستارۀ رشتۀ اصلی گذرانده است. عمر مورد انتظار برای خورشید در رشتۀ اصلی حدود![]()
سال است. در نیمه دوم این دوره، نورانیت خورشید به آرامی و به طور نامحسوس افزایش می یابد ، و به موازات بیشتر شدن سن ، خورشید به تدریج به بالای رشتۀ اصلی منتقل می شود. گرچه رصد نورانیت و دما نشان می دهد که خورشید اکنون واقعاً در بالای رشتۀ اصلی است، اما تمام جنبه های دیگر تکامل آتی خورشید، بر مبنای محاسبۀ بسیار پیچیده و جزء به جزءرویدادهایی است که در حال حاضر مشاهده ناپذیر است.
مغزی هلیومی
خورشید در چهار میلیارد سال بعدی، به نور افشانی ادامه خواهد داد و اندازۀ آن به تدریج بزرگتر خواهد شد. بیشتر شدن نورانیت، افزایش اندازۀ ستاره را جبران می کند، به طوری که دمای خورشید تقریباً معادل دمای فعلی باقی می ماند. در مدت حدود 5/4 میلیارد سال، درخشندگی خورشید حدود 50 درصد و قطر آن حدود25 درصد بزرگتر از مقادیر فعلی می شود. در همین زمان ، مرکز خورشید همه ئیدروژن خود را مصرف می کند و تمام آن توسط واکنشهای گرما هسته ای به هلیوم تبدیل می شود، آنچه در مرکز باقی می ماند یک مغز هلیومی، یعنی یک منطقۀ کوچک چگال است که تقریباً به طور کامل محتوی هلیوم است. در این مرحله، مغزی هلیومی به جزء بسیار مهمی از خورشید تبدیل می شود وتاثیرآن بر روی تکامل خورشید، سبب وقوع یک رشته رویدادهای پی در پی می گردد.
پوستۀ ئیدروژن سوز
گاز پیرامون مغزی هلیومی هنوز مقادیر بسیار زیادی ئیدروژن دارد. هنگامی که خورشید در رشتۀ اصلی است، فاصله این مقدار ئیدروژن از هستۀ خورشید چنان زیاد است که نمی تواند دمای کافی برای آغاز واکنشهای همجوشی داشته باشد. به موازات انقباض هسته، دمای بخش محیط بر آن به قدر کافی بالا می رود تا پوستۀ ئیدروژن سوز شکل بگیرد. این پوسته، به سرعت گسترش می یابد و با افزایش آهنگ سوزاندن ئیدروژن، درخشندگی خورشید نیز به سرعت افزایش می یابد.
سوزاندن هلیوم
هر چه مغزی هلیومی به متراکم شدن ادامه دهد ، دما افزایش می یابد. سرانجام ، دمای مغزی هلیومی به مقدار معینی ( حدود 100 میلیاردk ) می رسدکه برای ترکیب یافتن هسته های اتمهای هلیوم و تشکیل شدن عنصرهای سنگین تر کافی است. محتملترین واکنش، ترکیب دو هستۀ هلیوم است تا یک هستۀ بریلیوم شکل گیرد. اما، بریلیوم به وجود آمده، شکل ناپایداری از بریلیوم است و در زمانی بسیار کوتاه (![]()
ثانیه ) به دو هستۀ هلیوم وا می پاشد. اگر هسته های هلیوم زیادی در محیط وجود داشته باشند( که در مغزی هلیومی خورشید نیز چنین خواهد بود ) هستۀ دیگری از هلیوم می تواند پیش از واپاشی بریلیوم با آن ترکیب شود و یک هستۀ پایدار کربن تولید کند. از این رو ، در طی این دومرحله ، مغزی هلیومی ستاره ای مانند خورشید نهایتاً هلیوم خود را به عنصر سنگینتری مانند کربن تبدیل می کند. در این فرایند ها، مقادیر زیادی انرژی آزاد می شود، درست به همان طریقی که همجوشی ئیدروژن و تشکیل هلیوم انرژی آزاد می کند.
از روی محاسباتی که در مورد ساختار آیندۀ خورشید به عمل آمده، یافت شده است که سوزاندن هلیوم به تدریج روی نمی دهد، بلکه در طی یک رویداد انفجاری، که درخش هلیومی نام دارد واقع می شود.
فاز دوم رشته اصلی
مغزی هلیومی خورشید، هنگامی که حدود 6 میلیارد سال بعد از این منفجر می شود، اندازۀ کوچکی خواهد داشت و اثرات انفجار آن بلافاصله در سطح خورشید دیده نخواهد شد. اما ، درون خورشید به سرعت و به طور قابل ملاحظه ای تغییر خواهد کرد. در پی رشد انفجاری مغزی در درون خورشید، پوستۀ ئیدروژنی محیط بر مغزی، که تا پیش از انفجار منبع گرمای خورشید بود ، ناپدید خواهد شد. دمای مغزی، به دلیل افزایش یافتن اندازۀ آن، به سرعت افت خواهد کرد و به همین طریق، شدت پوستۀ ئیدروژن سوز نیز کاهش خواهد یافت . از این رو، درخشش هلیومی، به جای آنکه سبب فوران نور خیره کننده ای شود، موجب آن خواهد شد که نورانیت خورشید کاهش یابد.
مواد درون خورشید به مقدار معینی با هم مخلوط خواهند شد. به موازات کاهش شعاع خورشید ، نورانیت نیز کاهش خواهد یافت و افزایش دما محسوس خواهد بود. سپس ، تنها حدود چند میلیون سال بعد ، خورشید در نمودار رنگ – قدر، در راستای رشتۀ اصلی حرکت خواهد کرد ، اما بی آنکه وارد رشته شود، در نزدیکی آن خواهد بود. با کمک گرفتن پوشش ئیدروژن سوز محیط بر مغزی هلیومی از یک ناحیۀ هلیوم سوز در مرکز ستاره، خورشید به مدتی تقریباً طولانی، در این مرحلۀ شبه رشتۀ اصلی باقی خواهد ماند. از این رو ، انرژی خورشید، هم از آزاد سازی انرژی توسط بخشی کوچک در مغزی ستاره ( که در آن هلیوم به کربن تبدیل می شود ) و هم از پوستۀ دوردستی که هلیوم از ئیدروژن شکل می گیرد تامین خواهد شد.
محاسبه شده است که خورشید چندین میلیون سال در این فاز "رشتۀ اصلی دوم " باقی خواهد ماند.
آیندۀ زمین
محاسبۀ اینکه زمین، هنگامی که خورشید این مراحل پیشرفتۀ تکامل خود را می گذراند، دارای چه ویژگیهایی خواهد بود، جالب توجه و تا حدی هشدار دهنده است. دمای زمین برای میلیاردها سال تقریباً ثابت خواهد ماند، و این زمانی است که درخشندگی خورشید نیز به طور پیوسته ( در- رشتۀ اصلی ) یکسان است. در 4 میلیارد سال بعدی، به موازات افزایش بسیار آرام نورانیت خورشید، وضعیت زمین به مقدار بسیار اندکی تغییر خواهد کرد. سپس هنگامی که خورشید به سرعت از یک ستارۀ معمولی به یک غول سرخ بدل می شود دمای زمین به شدت بالا خواهد رفت. در مدت 5 میلیارد سالی که طول می کشد تا شعاع خورشید به 100 برابر اندازۀ فعلی و درخشندگی اش به 1000 برابر درخشندگی فعلی برسد، کرۀ زمین غیر قابل سکونت خواهد گشت.