Wasserstoffverbrennung ist ein Prozess, der in jedem Stern stattfindet, bei dem Wasserstoffkerne bei hohen Temperaturen und Drücken zu Helium verschmolzen werden. Es ist die häufigste Art von Prozess, die als stellare Nukleosynthese bekannt ist. Nach dem Urknall bestand das Universum zu etwa 75 % aus Wasserstoff und zu 25 % aus Helium. Heute sind die Proportionen nicht allzu unterschiedlich, aber es gibt neue Elemente – das Universum besteht zu etwa 74 % aus Wasserstoff, 24 % Helium und 2 % anderen Elementen. Diese anderen Elemente, von denen die häufigsten Sauerstoff (1%), Kohlenstoff (4%), Neon (1%), Eisen (1%) und Stickstoff (1%) sind, sind alle Produkte der stellaren Nukleosynthese – der Synthese schwerer Elemente in stellaren Kernen. In Supernovae entstehen Elemente, die schwerer als Eisen sind.
Sternentstehung findet in dichten Gaswolken im interstellaren Raum statt. Diese werden als H II-Regionen oder Sternkindergärten bezeichnet. Schließlich tritt in einem Gebiet von der Größe unseres Sonnensystems eine hohe Massenkonzentration auf. Dies wird als Bok-Globuli bezeichnet. Wenn die Temperatur und der Druck in seinem Zentrum einen bestimmten Wert (etwa 10 Millionen Kelvin) erreichen, kommt es zur Wasserstoffzündung und es werden große Mengen an Wärme und Licht erzeugt. Dies ist die Geburt eines Sterns.
Wenn ein Stern Wasserstoff verbrennt, spricht man von der Hauptreihe und wird als Zwergstern bezeichnet. Unsere Sonne ist ein gelber Zwerg. Hauptreihensterne sind die häufigsten Sterne im Universum, vor allem wegen der langen Zeit, die es dauert, bis Wasserstoff verbrennt. Nur ein winziger Prozentsatz der Kerne im Sternkern wird pro Jahr zu Helium verschmolzen. Wenn Wasserstoff schnell verbrennen würde, wäre der größte Teil des Wasserstoffs im Universum bereits durch Kernreaktionen verbraucht und in schwerere Elemente umgewandelt worden, was die Bildung von Wasser (H2O) – und damit Leben – erschwert, wenn nicht unmöglich macht.
Wie sich ein Stern nach seiner Entstehung entwickelt, hängt von seiner Masse ab. Je massereicher der Stern ist, desto schneller verbrennt er seinen Brennstoff. Bei den massereichsten Sternen ist die Wasserstoffverbrennung meist nach nur wenigen Millionen Jahren abgeschlossen, und der nächste Schritt – die Heliumverbrennung – beginnt. In Sternen wie unserer Sonne wird die Wasserstoffverbrennung voraussichtlich neun Milliarden Jahre dauern. Bei Sternen mit einem Zehntel der Sonnenmasse kann die Wasserstoffverbrennung bis zu einer Billion Jahre dauern! Solche Sterne sind deutlich kühler als unsere Sonne.