Горизонтальная ветвь в астрономии — это стадия эволюции звёзд небольшой массы и низкой металличности, а также область, занимаемая ими на диаграмме Герцшпрунга — Рассела. Эта стадия идёт после ветви красных гигантов и предшествует асимптотической ветви гигантов. Звёзды на ней выделяют энергию за счёт ядерного горения гелия. Светимости этих звёзд лежат в небольшом диапазоне, но их температуры сильно варьируются. В низкотемпературной области горизонтальной ветви сконцентрированы более массивные и металличные звёзды населения I, которые образуют красное сгущение, а термин «горизонтальная ветвь» в основном используется для звёзд населения II.
Звёзды горизонтальной ветви часто бывают переменными типа RR Лиры, а сами горизонтальные ветви хорошо видны на диаграммах Герцшпрунга — Рассела для шаровых звёздных скоплений. С горизонтальными ветвями шаровых скоплений связана одна из нерешённых проблем астрономии — проблема второго параметра.
Звёзды попадают на горизонтальную ветвь после гелиевой вспышки, которой завершается их пребывание на ветви красных гигантов, и начала ядерного горения гелия — этот переход длится очень короткий срок, порядка 104 лет[1]. Это задаёт граничные массы для звёзд горизонтальной ветви: на неё попадают звёзды с начальной массой в диапазоне от 0,5 до 2,3 M⊙. Звёзды с массой менее 0,5 M⊙ неспособны запустить горение гелия в принципе[2], а у звёзд с массой более 2,5—3 M⊙ горение гелия начинается без вспышки — они не попадают на горизонтальную ветвь, а проходят голубую петлю[3].
Эволюционная стадия также определяет строение таких звёзд: их ядро практически полностью состоит из гелия. Состав внешней оболочки таких звёзд мало отличается от состава межзвёздной среды, состоящей в основном из водорода и гелия: в оболочках лишь ненамного больше гелия из-за первого вычерпывания, происходившего на ветви красных гигантов. В ядрах таких звёзд происходит тройная гелиевая реакция, в результате которой образуются углерод и кислород, а на границе ядра и оболочки происходит превращение водорода в гелий, в основном посредством CNO-цикла[4][5].
Когда звезда находится на горизонтальной ветви, мощность, выделяемая при горении водорода в слоевом источнике, уменьшается, но увеличивается мощность горения гелия в ядре. Пока основная доля энергии выделяется за счёт горения водорода, температура поверхности звезды со временем увеличивается, а когда доминирующим становится горение гелия — температура начинает уменьшаться. Это приводит к тому, что на диаграмме Герцшпрунга — Рассела звезда движется по петле. Из-за внутренней конвекции и периодического перемешивания вещества внутри звезды звезда делает ещё несколько петель на диаграмме. Кроме того, светимость звезды постепенно увеличивается, что приводит к движению по диаграмме вверх[6].