Ein Roter Riese ist ein leuchtkräftiger Riesenstern mit geringer oder mittlerer Masse (etwa 0,3–8 Sonnenmassen), der sich in einer späten Phase seiner Sternentwicklung befindet. Seine äußere Atmosphäre ist aufgebläht und ausgedünnt, wodurch der Radius des Sterns enorm groß und die Oberflächentemperatur relativ niedrig ist, typischerweise unter 5.000 K. Diese niedrige Temperatur verleiht ihm seine charakteristische rötliche oder orangefarbene Erscheinung. Trotz ihrer kühleren Temperatur sind Rote Riesen aufgrund ihrer enormen Größe um ein Vielfaches leuchtkräftiger als die Sonne. Bekannte Beispiele für Rote Riesen sind Aldebaran im Sternbild Stier und Arktur im Sternbild Bärenhüter.

Die Entstehung eines Roten Riesen markiert eine dramatische Wende im Leben eines Sterns. Nachdem ein Stern wie unsere Sonne Milliarden Jahre lang in seinem Kern durch die Fusion von Wasserstoff zu Helium Energie erzeugt hat, geht ihm irgendwann der Wasserstoffbrennstoff in seinem Inneren aus. Die Kernfusion verlagert sich dann in eine Schale um den nun inaktiven Heliumkern. Diese Schalenfusion setzt deutlich mehr Energie frei als die Kernfusion, was zu einer dramatischen Ausdehnung der äußeren Schichten des Sterns führt. Während sich der Stern ausdehnt, kühlt er an seiner Oberfläche ab und bewegt sich im Hertzsprung-Russell-Diagramm, einem Diagramm, das die Leuchtkraft von Sternen gegen ihre Oberflächentemperatur aufträgt, nach rechts oben. Der Stern wird zu einem Roten Riesen.

In dieser Phase kann ein Roter Riese das Hundert- bis Tausendfache des Durchmessers unserer Sonne erreichen. Wäre unsere Sonne bereits ein Roter Riese, würde sie die inneren Planeten Merkur, Venus und möglicherweise sogar die Erde verschlucken. Der Stern verliert in dieser Phase auch einen erheblichen Teil seiner Masse durch starke Sternwinde, die Materie von seiner Oberfläche ins All blasen. Diese Sternwinde sind oft unregelmäßig und können zu komplexen Strukturen in der Umgebung des Sterns führen. Im Kern des Roten Riesen steigt die Temperatur und Dichte derweil immer weiter an. Schließlich erreicht der Kern eine Temperatur von etwa 100 Millionen Kelvin, wodurch die Fusion von Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff einsetzt, der sogenannte Heliumblitz. Dieser Prozess setzt für kurze Zeit eine enorme Menge an Energie frei und stabilisiert den Stern vorübergehend.

Die Rote-Riesen-Phase ist jedoch nur eine relativ kurze Episode im langen Leben eines Sterns. Nachdem der Heliumbrennstoff im Kern erschöpft ist, beginnt der Stern erneut, sich auszudehnen und abzukühlen. Er durchläuft eine zweite Rote-Riesen-Phase, die als asymptotischer Riesenast (AGB) bezeichnet wird. In dieser Phase stößt der Stern seine äußeren Schichten endgültig in den Weltraum ab und bildet einen Planetarischen Nebel. Der verbleibende Kern des Sterns, ein Weißer Zwerg, kühlt langsam über Milliarden von Jahren ab. Rote Riesen spielen also eine entscheidende Rolle im Kreislauf der Materie im Universum, indem sie schwere Elemente, die durch Kernfusion in ihrem Inneren entstanden sind, an das interstellare Medium abgeben und so die nächste Generation von Sternen und Planeten mit den Bausteinen des Lebens versorgen.

Die Erforschung Roter Riesen liefert wichtige Einblicke in die späten Stadien der Sternentwicklung und ermöglicht es Astronomen, die physikalischen Prozesse zu untersuchen, die in den extremen Bedingungen im Inneren dieser Sterne ablaufen. Besonders interessant sind die AGB-Sterne, da sie als Hauptquelle für die Produktion von Kohlenstoff und anderen schweren Elementen im Universum gelten. Ihre starken Sternwinde tragen auch erheblich zur Anreicherung des interstellaren Mediums mit Staub und Gas bei. Ein faszinierendes Phänomen, das bei Roten Riesen beobachtet wird, sind ihre Pulsationen. Viele Rote Riesen, insbesondere die AGB-Sterne, zeigen regelmäßige oder unregelmäßige Helligkeitsschwankungen, die durch Schwingungen im Inneren des Sterns verursacht werden. Die Untersuchung dieser Pulsationen, ein Gebiet, das als Asteroseismologie bezeichnet wird, ermöglicht es, die innere Struktur und die physikalischen Eigenschaften von Roten Riesen zu bestimmen.

Der Anblick eines Roten Riesen am Nachthimmel ist ein beeindruckendes Schauspiel. Ihre rötliche Farbe ist deutlich zu erkennen und hebt sie von den bläulich-weißen Sternen ab, die bei höheren Temperaturen leuchten. Zu bedenken, dass unsere eigene Sonne in einigen Milliarden Jahren ein ähnliches Schicksal erleiden wird, wirft eine existenzielle Frage auf. Was wird aus der Erde und der Menschheit, wenn sich die Sonne zu einem Roten Riesen aufbläht? Wird die Erde verschlungen oder wird sie zu einer unfruchtbaren, verbrannten Einöde? Die Erforschung Roter Riesen gibt uns nicht nur Einblicke in die Vergangenheit und die Entwicklung des Universums, sondern auch in eine mögliche Zukunft unseres eigenen Sonnensystems und wirft Fragen über unser langfristiges Schicksal im Kosmos auf.