Uma estrela gigante vermelha é uma estrela relativamente velha e que está "morrendo". Como o nome "gigante" sugere, esta estrela cresceu enormemente e o seu diâmetro é colossal. No entanto, devido a esta expansão, sua temperatura diminuiu, apreciavelmente, e ela é bastante fria na superfície. Ao contrário, a região central continua colapsando e, conseqüentemente, aumentando a sua temperatura. A fusão nuclear ocorre em uma concha em torno desta região central de hidrogênio que está contraindo. Neste processo de contração, a região central transforma o hidrogênio em hélio e eventualmente irá transformar o hélio em carbono.
Por serem mais luminosas do que quando estavam na seqüência principal, embora suas superfícies sejam frias por terem uma enorme área superficial, as estrelas gigantes vermelhas são colocadas na parte superior direita do diagrama H-R.
O nosso Sol se tornará uma estrela gigante vermelha em, aproximadamente, 5 bilhões de anos.
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