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彼はすぐに天体物理学を学び、翌年には水素原子核からヘリウム原子核をつくる反応を考察する最初の論文を書きました。この論文では、炭素（C）、窒素（N）、酸素（O）のそれぞれの原子核を触媒にして、4つの水素原子核（陽子）からヘリウム原子核をつくるCNOサイクルを導き出しました。
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しかし、CNOサイクルは、恒星の中でも重いグループで起こる現象で、太陽のように比較的軽い恒星のエネルギー源の説明はできません。ベーテはチャールズ・クリッチフィールドと4つの陽子だけでヘリウム原子核をつくるppチェインについての論文を書き、太陽の内部で起こる核融合反応を明らかにしました。
