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恒星在发光几亿到几十年后，中心内部的氢含量将消耗殆尽，由于热核反应的能量供应不足，恒星整体开始收缩，收缩使温度增高，紧贴在核心外面的薄层开始氢聚变为氦的热核反应，这时外层温度增高，体积逐渐变大，膨胀时，恒星的最外层变冷，并发出红光，最后生成“红巨星”。图为猎户座红巨星。
红巨星的体积很大，它的半径一般比太阳大100倍，红超巨星参宿器的半径约为太阳的900倍，比火星绕日轨道半径大得多。食双星仙王座VV（英语字母）中的红超巨星半径约为太阳半径的1600倍，比木星绕日轨道半径还大。
红巨星的存在是短暂的，恒星中心的能量最终会被全部耗尽，因为当核内的铁原子及其它重元素的比例达到一定程度时，核聚变将会停止，从此，恒星中心开始冷却，它没有足够的热量平衡中心引力，结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩，造成外部冷却而红色的层面变热，如果恒星足够大，这些层面就会发生剧烈的爆炸，产生超新星。
大质量恒星爆炸时光度可突增到太阳光度的上百亿倍，相当于整个银河系的总光度。 恒星爆发的结果：
（1）恒星解体为一团向四周膨胀扩散的气体和尘埃的混合物，最后弥散为星际物质，结束恒星的演化史。
（2）外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留下部分物质坍缩为一颗高密度天体，从而进入恒星演化的晚期和终了阶段。
中国古代天文学家观测到的1054年爆发的超新星的遗迹。在一个星系中,超新星是罕见的天象,但在星系世界内,每年却都能观测到几十颗。1987年2月23日，一位加拿大天文学家在大麦哲伦星云中发现了一颗超新星，这是自1604年以来第一颗用肉眼能看到的超新星，这颗超新星被命名为“1987A”（图右下角极为明亮的星体）。
