Aby mogły powstawać nowe gwiazdy musi być spełnionych wiele warunków. Naukowcy od dekad z jednej strony modelują teorie opisujące procesy gwiazdotwórcze, a z drugiej obserwują powstawanie młodych gwiazd i układów planetarnych w przestrzeni kosmicznej. O ile obserwowanie powstawania układów planetarnych wokół młodych gwiazd jest względnie „łatwe”, to już powstawanie samych gwiazd stanowi poważne wyzwanie, ze względu na otoczenie, w którym do niego dochodzi.
Czytaj także: Ewolucja gwiazd trwa cały czas. Jak wyglądają etapy życia gwiazdy?
Wszystkie gwiazdy we wszechświecie powstają w gęstych, nieprzezroczystych obłokach zimnego pyłu i gazu. Z obserwacji prowadzonych w naszym najbliższym otoczeniu, czyli w Drodze Mlecznej, obłoki takie najczęściej znajdują się w ramionach spiralnych. Z czasem, lub pod wpływem zewnętrznych czynników, np. uderzająca w obłok fala uderzeniowa po eksplozji pobliskiej supernowej, obłok zaczyna kurczyć się pod wpływem własnej grawitacji i dzielić przy tym na części. To właśnie z tych części powstają protogwiazdy. Jest to też powód tego, że nigdy gwiazdy nie powstają w pojedynkę, a tworzą – przynajmniej na początku – tzw. gromady otwarte lub asocjacje składające się z kilkuset gwiazd. Obłok musi być po prostu odpowiednio duży i masywny, aby doszło do zapadania się jego fragmentów pod wpływem grawitacji. Gdyby obłok miał masę wystarczającą do uformowania jednej gwiazdy, po prostu nie zapadłby się grawitacyjnie. Powstałe zatem z obłoku gwiazdy charakteryzują się zbliżonym wiekiem i podobnym składem chemicznym odzwierciedlającym skład chemiczny obłoku, z którego powstały.
Obserwowanie tego procesu jest dla astronomów wyzwaniem, bowiem poszczególne fragmenty obłoku gazowo-pyłowego początkowo zapadając się grawitacyjnie robią się coraz gęstsze. W pewnym momencie są one na tyle gęste, że energia nie jest już w stanie uciec z takiego obłoku i w jego wnętrzu zaczyna rosnąć temperatura. Z czasem zatrzymuje się także wzrost ciśnienia i w centrum obłoku powstaje młoda protogwiazda. Z zewnątrz jej jednak nie widać, bowiem wciąż jest ona otoczona bardzo gęstym kokonem pyłu.
Jak z obłoków pyłu powstają gwiazdy?
Mimo lat badań naukowcy wciąż nie są pewni co konkretnie prowokuje początek zapadania się grawitacyjnego obłoku oraz to co z niego powstanie. Naukowcy z Uniwersytetu St Andrews postanowili sprawdzić co się dzieje, gdy dwa obłoki gazowo-pyłowe zderzą się ze sobą. Okazuje się, że w takiej sytuacji w nowo powstałym większym obłoku pojawiają się turbulencje oraz liczne fale uderzeniowe. Wszystkie te zaburzenia prowadzą do wyodrębniania się z większej całości mniejszych fragmentów, które szybko zapadają się pod wpływem własnej grawitacji, dzięki czemu stosunkowo szybko otrzymujemy gromadę gwiazd.
Co jednak ciekawe, największy wpływ na procesy gwiazdotwórcze ma wbrew pozorom otoczenie obłoku pyłowo-gazowego i to bardziej niż właściwości samego obłoku. Symulacje wykazują bowiem, że jeżeli obłok pyłowo-gazowy znajduje się w stosunkowo gęstym ośrodku międzygwiezdnym (dziesięciokrotnie rzadszy od obłoku) to fragmenty obłoku są masywniejsze i powstaje z nich mniej, aczkolwiek masywniejszych gwiazd. Analogicznie, kiedy ośrodek międzygwiezdny jest rzadszy, z obłoku powstaje więcej, mniej masywnych gwiazd.
W najbliższych latach astronomowie z pewnością poszerzą naszą wiedzę o procesach gwiazdotwórczych. Jakby nie patrzeć, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwujący wszechświat w zakresie podczerwonym jest wprost skrojony do obserwowania tego, co dotychczas ukryte było za gęstą pyłową pierzyna.