Proses pembakaran karbon adalah reaksi nuklir yang terjadi di inti bintang masif di bawah kondisi suhu dan tekanan yang luar biasa. Pembakaran karbon hanya dimulai menjelang akhir kehidupan bintang. Agar sebuah bintang pada akhirnya membangun tekanan yang cukup di intinya untuk memulai pembakaran karbon, ia harus mengandung setidaknya empat massa matahari pada saat kelahirannya. Pembakaran karbon hanya dimulai setelah sebagian besar hidrogen dan helium bintang telah dibakar.
Unsur yang paling melimpah di alam semesta adalah hidrogen. Jadi, sebagian besar bintang memulai masa hidupnya yang sebagian besar terdiri dari hidrogen. Saat fusi nuklir menyala di inti bintang muda, hidrogen perlahan mulai terbakar, inti atomnya menyatu menjadi helium melalui rantai pp — di bintang-bintang dengan massa Matahari atau kurang — atau siklus CNO —di bintang yang lebih masif . Ini adalah reaksi nuklir yang menghasilkan panas dan cahaya matahari yang kita lihat ketika kita melangkah keluar setiap hari.
Tergantung pada ukuran bintang, ia membakar bahan bakar nuklirnya pada tingkat yang berbeda. Bintang yang lebih masif memiliki pusat yang lebih padat dan lebih panas serta membakar bahan bakarnya lebih cepat. Beberapa bintang terbesar menghabiskan sebagian besar bahan bakar hidrogen mereka hanya dalam beberapa juta juta tahun, sementara Matahari dijadwalkan untuk terus menggabungkan hidrogen selama 4.5 miliar tahun, dan bintang-bintang paling ringan akan menggabungkan hidrogen selama satu triliun tahun. Saat “abu” helium menumpuk, ia akhirnya mencapai kepadatan kritis untuk menyebabkan pengapian helium. Produk sampingan dari pembakaran helium adalah karbon dan oksigen.
Saat karbon dan oksigen menumpuk di inti bintang selama jutaan tahun pembakaran helium, akhirnya sebagian besar helium habis, dan inti bintang mendingin, tidak mampu menghasilkan lebih banyak tenaga nuklir. Pendinginan ini menyebabkan inti berkontraksi, semakin meningkatkan densitas dan tekanan. Di bintang-bintang di atas sekitar empat massa matahari, suhu dan kepadatan yang diperlukan tercapai untuk pembakaran karbon. Ini memanaskan inti bintang dan mengembang menjadi super raksasa merah.
Pembakaran karbon adalah salah satu alasan utama mengapa ada unsur-unsur yang lebih berat dari karbon di alam semesta. Reaksi utama terdiri dari beberapa komponen. Dalam satu, dua inti karbon melebur membentuk atom neon dan atom helium. Akhirnya, ini terurai menjadi natrium dan hidrogen, kemudian magnesium dan neutron bebas. Karena semua proses nuklir yang berlangsung secara simultan di inti bintang, sejumlah besar neon, oksigen, dan magnesium dihasilkan. Seluruh proses pembakaran karbon hanya membutuhkan waktu sekitar 1000 tahun.
Jika bintang memiliki materi antara empat dan delapan massa matahari, ia akan mengeluarkan lapisan luarnya saat pembakaran karbon mereda, menciptakan nebula planet dan meninggalkan inti katai putih. Jika memiliki lebih dari delapan massa matahari, pada akhirnya akan memulai pembakaran neon, tahap berikutnya dalam evolusi bintang masif.