Para entender o que acontece no final da vida de uma estrela semelhante ao sol, é útil entender como as estrelas se formam e como brilham. O sol é uma estrela de tamanho médio e, ao contrário de um gigante como Eta Carinae, não se extinguirá como uma supernova e deixará um buraco negro em seu rastro. Em vez disso, o sol se tornará uma anã branca e simplesmente desaparecerá.
Formação Estelar e Sequência Principal
As estrelas nascem da poeira intergaláctica. Conforme uma nuvem cheia de poeira e hidrogênio e gás hélio lentamente começa a girar em torno de um núcleo central, o núcleo atrai mais matéria, e o aumento da pressão a aquece até que fique quente o suficiente para o gás hidrogênio se fundir em uma reação nuclear. A energia gerada pelas reações de fusão evita mais colapsos e o núcleo se torna uma estrela da sequência principal. Estrelas massivas usam seu combustível de hidrogênio rapidamente e podem queimar em apenas 3 milhões de anos. A sequência principal de uma estrela semelhante ao Sol, no entanto, é de cerca de 10 bilhões de anos.
A Fase do Gigante Vermelho
Quando uma estrela do tamanho do Sol esgota o hidrogênio em seu núcleo, a fusão cessa e a temperatura não é alta o suficiente para que a fusão do hélio comece. A falta de pressão de radiação externa permite que o núcleo se contraia. Como o núcleo está se contraindo e a atração gravitacional enfraquecendo, a camada externa esfria, fica vermelha e começa a se expandir, e a estrela se transforma em uma gigante vermelha. Gigantes vermelhas normalmente crescem de 10 a 100 vezes o diâmetro da estrela da sequência principal. Quando o sol entrar em sua fase de gigante vermelha, que durará de 1 a 2 bilhões de anos, ele poderá crescer o suficiente para engolir a Terra.
A segunda fase do gigante vermelho
À medida que o núcleo de uma gigante vermelha se contrai, os elétrons ficam tão próximos uns dos outros que os princípios da mecânica quântica se tornam importantes. O Princípio de Exclusão de Pauli determina que dois elétrons não podem ocupar o mesmo estado, e as forças de repulsão tornam-se mais fortes do que a pressão térmica e independentes da temperatura. Diz-se que a matéria neste estado está degenerada e permite que ocorram reações explosivas. O hélio no núcleo começa a se fundir em carbono, enquanto o hidrogênio na camada ao redor do núcleo também começa a se fundir em hélio. Essas reações produzem mais pressão externa, fazendo com que a estrela se expanda ainda mais. Esta é a segunda fase da gigante vermelha e dura cerca de um milhão de anos.
A fase da anã branca
O núcleo de uma gigante vermelha eventualmente atinge um ponto em que, devido aos princípios da mecânica quântica, não pode mais entrar em colapso e começa a queimar com uma luz branca azulada, tornando-se uma anã branca. A essa altura, sua massa é semelhante à da estrela original, mas seu diâmetro é mais ou menos do tamanho da Terra, por isso é superdensa. Ela eventualmente esfria, se transforma em uma anã negra e escurece. Embora ainda seja uma anã branca, os gases que formam a camada externa da estrela se resfriam e se afastam do núcleo em uma formação conhecida como nebulosa planetária. Exemplos bem conhecidos incluem as nebulosas do anel e do olho de gato.