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Une géante rouge est une étoile qui, comme son nom l'indique, est géante, et de couleur rouge. Ce sont des étoiles qui sont arrivées à la fin de ce qu'on appelle la séquence principale, avant d'exploser en supernova. Les géantes rouges sont les étoiles géantes les plus fréquentes (beaucoup plus que les géantes bleues), et malgré leur température peu élevée, leur taille énorme les rend très lumineuses et visibles de loin.

La vie d'une étoile est essentiellement dominée par l'équilibre entre deux forces : la gravitation, qui tend à faire s'effondrer l'étoile sur elle-même (lorsque rien n'arrête l'effondrement, cela donne des astres très compacts, les naines blanches et les étoiles à neutrons), et l'énergie radiative (c'est-à-dire qui rayonne dans toutes les directions) qui au contraire fait gonfler l'étoile. Chez le Soleil, les deux forces sont équilibrées, ce qui fait qu'il ne rétrécit pas et ne grossit pas non plus.

Au cœur d'une étoile, du fait de la grande chaleur qui y règne (par exemple 15 millions de degrés au centre du Soleil), les particules se déplacent très vite. Il se produit un phénomène appelé fusion nucléaire : 4 noyaux d'hydrogène (= 4 protons, le noyau d'hydrogène est formé d'un seul proton) fusionnent pour donner un noyau d’hélium (qui comporte 2 protons). Quand l'étoile consomme tout l'hydrogène de son centre, la fusion nucléaire cesse et l'étoile commence à s'effondrer sur elle-même. Cet effondrement à son tour provoque une augmentation de la température au cœur de l'étoile et permet de démarrer la fusion de l'hélium. La fusion de l'hélium produit plus d'énergie que la fusion de l'hydrogène : cette énergie rayonne fortement et provoque une dilatation de l'étoile qui se met à grossir. Les couches externes de l'étoile, plus éloignées du centre, se refroidissent.

Ensuite, l'étoile perd ses couches externes à cause des vents stellaires ce qui forme une nébuleuse planétaire ; en observant cette nébuleuse on peut en déduire les différentes couches de l'étoile. Le noyau quand à lui se contracte et devient une naine blanche. En effet, sa masse n'est pas suffisante pour atteindre la température de fusion du carbone (environ 3 000 degrés).

Une géante rouge finit généralement sa vie en supernova : les couches supérieures de l'étoile s'effondrent brusquement puis rebondissent sur son cœur, créant une gigantesque explosion. Les gaz éjectés par la supernova restent visibles encore quelques milliers d'années : c'est une nébuleuse.

Ce qui reste après la supernova dépend de la masse de ce résidu :