הכוכבים הופכים לענקים אדומים לאחר שסיימו את הסדרה הראשית – ליבת הליום מתכווצת, היא מוקפת בקליפת מימן המוסיפה לעבור תהליכי היתוך, מעליה מעטפת מימן אינרטית. כאשר הליבה מתכווצת דיה מתחיל היתוך ההליום לפחמן. הכוכב נע לאורך הענף של ענקים אדומים בדיאגרמת H-R. הצד ימיני של הדיאגרמה מיצג טמפרטורה נמוכה, אדום) וכלפי מעלה כלומר הנגיהות הולכת וגדילה. לאחר תהליך היתוך של אלפא משולש המתחיל בליבה, הליבה מפסיקה לנפח את השכבות החיצוניות של הכוכב. כאשר מתרחש בליבה היתוך הליום, הכוכב נע הכוכב שמאלה (חם יותר) ומטה (נגיהות קטנה יותר) על פני דיאגרמת H-R. כמות המסה המפוזרת לחלל בשל "רוח הכוכב" נעה כלפי חוץ מליבת הענק האדום, עוצמת "הרוח" תקבע היכן יסיים הכוכב את "חייו" בתרשים H-R. נקודת הסיום נמצאת לאורך קו (של נגיהות קבועה) הנקרא ענף אופקי.
בדיוק כמו בליבת המימן, ההליום בליבה בסופו של דבר יכלה את הדלק העומד לרשותו והתגובות הגרעיניות יפסיקו. הליבה תתחיל שוב להתכווץ, הטמפרטורות יעלו מחוץ ליבה והאנרגיה הנפלטת תגרום להצתת קליפת המימן שמעליו הליבה המתכווצת. שני תהליכים אלה המייצרים אנרגיה בצורה מורכבת, ושונה לחלוטין. האנרגיה הכבידתית של ליבת ההליום יכולה לחמם ולנפח את שכבת המימן שמעליה, בעוד שהליבה עצמה מתקררת והתגובות הגרעיניות בתוכה נפסקות. כאשר ליבת ההליום צורכת את כל הדלק העומד לרשותה, המימן שמעליה מתחיל להתמזג שוב, תוך יצירת "אפר הליום", הנופל על קליפת הליום ויכול להציתו שוב. שני מקורות האנרגיה של תהליכי ההיתוך, עשויים לגרום לכך שהשכבות החיצוניות של הכוכב יתרחבו אף יותר מאשר בשלב הקודם, וכוכב ינוע בדיאגרמה H-R לאורך ענף של על-ענקים אדומים. מסלול זה נקרא ענף ענקים אסימפטוטי, asymptotic giant branch – AGB.
בתהליך ההיתוך של ההליום נוצרים פחמן וחמצן. בהמשך כוכבים בדרך כלל מייצרים בליבתם יסודות כבדים על ידי מיזוג של גרעינים קלים יותר. הדבר מתרחש כאשר הטמפרטורות חמות מספיק כדי להתגבר על הדחיה של הכוח החשמלי בין גרעינים טעונים חיובית. לצד התהליך של יצירת גרעינים כבדים יותר ויותר מתרחש תהליך נוסף. בכמה תגובות של היתוך גרעיני נוצרים נויטרונים חופשיים. משמעות הדבר היא שניטרונים אלה יכולים להתלכד עם גרעינים טעונים תוך יצירת גרעינים בעלי מסה גבוהה יותר. התהליך מתרחש בטמפרטורות נמוכות מכדי שגרעיני פחמן, חמצן או יסודות כבדים יותר כדי יותכו. בענף האסימפטוטי של ענקים אדומים, נויטרונים נוצרים בקצב מתון בתהליך היתוך איטי. אסטרונומים סוברים שתהליך זה אחראי על ייצור יסודות רבים הכבדים יותר מברזל, אם כי בכמויות קטנות מאוד. כמות החומר, שנוצר בתהליך האיטי, רגישה מאוד לטמפרטורה, צפיפות החומר, הרכב החומר, וכמה ניטרונים זמינים לתהליך. אסטרונומים שיוצרים מודלים של כוכבים מתפתחים בוחנים תהליכים כאלה, מפני שהם יוצרים אילוצים חזקים מאוד על המודלים שלהם. תאר לעצמך שאתה עובד בחברת ספנות ועליך לטפל בשתי תיבות שלא רשומה עליהן כתובת השולח, אבל צריך להחזירן למקום מוצאן. תיבה אחת עשויה מקרטון הזמין בכל רחבי העולם, התיבה השנייה עשויה מעץ נדיר, שגדל רק במקומות מועטים על פני כדור הארץ. עבור איזו תיבת יהיה קל יותר לאתר כתובת השולח? בדרך דומה, יסודות אלה מצליחים לספק רמזים טובים על מקורם, בתהליך החקירה של התפתחות הכוכבים.
בשלב הענף האסימפטוטי מתרחש ההפסד המסיבי של חומר הגדול בעוצמתו מזה שהתרחש בזמן שהכוכב היה בענף ענקים אדומים. האינטראקציה הבלתי סדירה בין תהליכי ההיתוך של מימן והליום גורמת לתנודות במעטפת הכוכב ולערבוב של החומר המגיע מעומק הכוכב עם חומר הנמצא במעטפת. זהו זמן עתיר התרחשויות בחיי הכוכב – אבק עשוי להיווצר באזורים המקיפים את הכוכב. התנודות ביחד עם תהליך העירוב מסלקים את רוב השכבות החיצוניות של הכוכב (מועשר בתוצרים של תהליך גרעיני איטי) לתוך חלל בין כוכבי. כמה מן האובייקטים היפים ביותר בשמי הלילה נוצרים כאשר שלב זה מסתיים.
Author: Chris Impey