Supergéante rouge

Pour des étoiles dont la masse est supérieure à 8 masses solaires, on assiste à la formation, durant la Séquence Principale, d'éléments plus lourds par fusion nucléaire.

Dans ce cas, lorsque le noyau se contracte sur lui-même, il atteint rapidement des températures de l'ordre de 600 millions de degrés. À ce stade, même les atomes de carbone ne peuvent plus résister, et fusionnent pour former du néon. Cette réacion libère beaucoup d'énergie, qui est alors transformée en chaleur, et l'élévation de température permet à d'autre éléments, encore plus lourds, de fusionner, et ainsi de suite. Cette chaîne de fusion génère une très grande quantité d'énergie, et la vitesse de fusion progresse exponentiellement: 600 ans pour fusionner le carbone, un an pour le néon, 6 mois pour l'oxygène, et enfin un jour pour le silicium (pour une étoile d'environ 25 masses solaires). Cette course mène éventuellement vers une impasse: le fer. C'est l'élément «magique», thermonucléairement inerte: de par sa nature, le fer ne peut pas être fusionné. La course folle se termine très brusquement, avec un coeur de fer extrêmement dense, mais inerte, mort. Cependant, au bout de cette course, l'enveloppe de l'étoile s'est dilatée de façon encore plus disproportionnée: une supergéante rouge est née. La structure du coeur, à ce stade, ressemble à la structure d'un oignon: au centre, un coeur de fer, puis en couches successives, le souffre, l'oxygène, le néon, le carbone, l'hélium et finalement l'hydrogène.

Tout comme la géante rouge, la fusion nucléaire se poursuit dans l'enveloppe, et la matière plus lourde ainsi crée est atirée vers le noyau. Cependant, lorsque le noyau de fer atteint la limite de 1,44 masses solaires, il ne peut plus résister à sa propre gravité et s'effondre: il y a alors effondrement gravitationnel.

Le fer est dit thermonucléairement inerte essentiellement parce que la réaction nucléaire qui fusionne deux atomes de fer est endothermique, contrairement aux autres réactions de fusion. En d'autres termes, la réaction de fusion du fer nécessite plus d'énergie qu'elle n'en crée : aucune énergie n'est produite.