В 20-е годы известный английский астроном Артур Эддингтон высказал предположение, что источником энергии звезд, по всей вероятности, является процесс превращения водорода в гелий. В своей книге «Звезды и атомы» (изданной в 1927 г.) он указал, что масса ядра гелия не точно в 4 раза превышает массу ядра водорода, а несколько меньше. Эта разница кажется незначительной, но если применить знаменитую формулу Эйнштейна, связывающую энергию с массой (E=mc>2), то получается, что «исчезнувшая» масса эквивалентна огромному количеству энергии.
Однако в деталях этот ядерный процесс тогда не был известен, и большинство исследователей сомневались, что он может служить источником энергии звезд. Хотя Бете также критически относился к гипотезе Эддингтона, он занялся этим вопросом, так как процесс образования гелия во многом был сходен с реакцией синтеза дейтерия, исследованием которой ученый уже занимался. В 1939. г. он присутствовал на симпозиуме по звездной энергетике, организованном Американским астрофизическим обществом. На нам обсуждались вопросы, связанные с взаимодействием между протонами и протон-протонным циклом синтеза гелия как источником энергии звезд. Эту модель предложил годом раньше Бете и независимо от него Ч. Критчфильд. Многие физики считали, что она охватывает лишь часть процессов, происходящих в звездах, поскольку кроме водорода и гелия там есть и другие элементы, хотя и в значительно меньших количествах.
Бете занялся изучением термоядерных реакций, в которых эти элементы могли бы участвовать. Особый интерес представляло взаимодействие протонов с ядрами углерода-12. Этот элемент, присоединяя все новые протоны, претерпевает целый цикл последовательных превращений: азот-13, углерод-13, азот-14, кислород-15, азот-16, ядро которого в конце концов распадается на ядра гелия-4 и углерода-12. Оказалось, что таким образом может осуществляться катализ термоядерных реакций в недрах звезд. Углеродно-азотный цикл термоядерного синтеза был открыт Хансом Бете в 1939 г., но заметный вклад в это открытие внесли также другие исследователи, прежде всего Карл Фридрих фон Вейцзеккер. Эта теория оказалась очень плодотворной для развития астрофизики, позволив объяснить результаты многих астрономических наблюдений. Большие заслуги Ханса Бете в открытии тайн звездной энергетики получили — хотя и с довольно большим опозданием — признание Нобелевского комитета по физике. В 1967 г. почти три десятилетия спустя после своих открытий, Ханс Бете стал лауреатом Нобелевской премии.
