Il processo triplo alfa è il mezzo con cui le stelle fondono nuclei di elio in nuclei di carbonio e ossigeno quando hanno esaurito il loro combustibile di idrogeno. L’avvio del processo triplo alfa richiede temperature sostenute di oltre 100,000,000 K e una densità di elio sufficiente. Ciò accade quando una stella inizia a accumulare notevoli quantità di “cenere” di elio nel suo nucleo dalla combustione di idrogeno. L’elio non ha un posto dove andare e non produce la propria energia, quindi si aggrega nel nucleo e si contrae. La contrazione aumenta enormemente il calore e la pressione. A 100 megaKelvin, inizia il processo triplo alfa, noto anche come combustione dell’elio.
Il processo triplo alfa prende il nome perché il processo è la fusione di tre particelle alfa. Una particella alfa è costituita da due protoni e due neutroni legati insieme, che è la stessa cosa di un nucleo di elio. Sotto le colossali pressioni al nucleo stellare, due nuclei di elio possono essere indotti a combinarsi in un nucleo di berillio, rilasciando un raggio gamma nel processo. Il nucleo di berillio è instabile, entro 2.6 × 10-16 secondi, collassa nuovamente in nuclei di elio. Ma se vengono creati continuamente abbastanza nuclei di berillio, alla fine uno si fonderà con un altro nucleo di elio energetico e creerà carbonio, un nucleo con un totale di sei protoni e sei neutroni.
Il processo triplo alfa si verifica in tutte le stelle di massa da bassa a intermedia (0.6-10 masse solari) alla fine della loro vita. Dopo lo stadio Red Giant, che presenta la tradizionale combustione dell’idrogeno in un guscio compresso attorno a un nucleo di elio, il nucleo collassa e inizia a bruciare elio, lanciando la stella nel ramo asintotico della gigante del diagramma di Hertzsprung-Russell, che confronta la luminosità della stella con il tipo spettrale .
La velocità della reazione tripla alfa dipende fortemente dalla temperatura del nucleo: la velocità di reazione è il prodotto della temperatura per la 30a potenza e la densità al quadrato. Nelle stelle piccole, il nucleo di elio diventa così denso da diventare una forma di materia degenere, dove ad aumenti di temperatura non corrispondono aumenti di volume. Ciò può portare a una reazione tripla alfa incontrollata chiamata flash di elio, in cui il 60-80% dell’elio nel nucleo viene incenerito in pochi minuti. Per le stelle più grandi, l’elio inizia a fondersi su un guscio al di fuori di un nucleo di carbonio, impedendogli di raggiungere lo stato di materia degenere. In queste stelle più grandi, alla fine inizia la combustione del carbonio.