Голубая петля — стадия эволюции звёзд промежуточной массы, в ядрах которых происходит горение гелия. В это время поверхность звезды сначала становится горячее, а затем снова охлаждается, и звезда описывает петлю на диаграмме Герцшпрунга — Рассела. В результате такие звёзды могут пересекать полосу нестабильности и наблюдаться как классические цефеиды. Этот этап эволюции следует после ветви красных гигантов и завершается переходом на асимптотическую ветвь гигантов.
Пока звезда находится на голубой петле, она имеет частично конвективное и изначально в основном гелиевое ядро, а также оболочку, состоящую главным образом из водорода. В ядре происходит горение гелия и накопление в ядре углерода и кислорода, а на границе ядра и оболочки — синтез гелия из водорода в слоевом источнике, в первую очередь посредством CNO-цикла[1][2]. Начальные массы звёзд, попадающих на голубую петлю, лежат в диапазоне от 2,3 M⊙ до 10—12 M⊙, что обусловлено ходом эволюции звёзд (см. ниже)[3].
Пребывание звезды на ветви красных гигантов завершается началом ядерного горения гелия в центре звезды. От массы звезды зависит, как именно это происходит: у звёзд, менее массивных, чем 2,3 M⊙ случается гелиевая вспышка, в результате которой звезда быстро переходит на горизонтальную ветвь или в красное сгущение, а у звёзд с большей массой горение гелия начинается постепенно, в результате чего звезда переходит на голубую петлю[4][5][6].
После схода с ветви красных гигантов светимость звезды снижается. Когда звезда находится на голубой петле, поверхность звезды сначала нагревается и звезда становится более голубой, затем снова остывает, а звезда краснеет; светимость при этом может меняться, как правило, в небольшом диапазоне. Таким образом, на диаграмме Герцшпрунга — Рассела звезда описывает петлю, что и обуславливает название этой стадии[4][5].
Размер петли на диаграмме — то есть, изменение температуры звезды за время пребывания на ней — сильно увеличивается с ростом массы звезды. Такая тенденция имеет место для диапазона масс до 10—12 M⊙, а для звёзд большей массы голубая петля исчезает, так как горение гелия в них начинается через небольшой срок после схода с главной последовательности, когда температура звезды достаточно велика. Зависимость размера и формы голубой петли от химического состава звезды сложна, но, в целом, чем больше доля гелия и чем меньше металличность, тем более протяжённой оказывается голубая петля. В некоторых случаях у звезды могут появляться вторичные голубые петли[3].