Objekter som planeter og stjerner, holdes sammen af tyngdekraften. Den gensidige tyngdetiltrækning mellem hver del af en planet eller stjerne, og enhver anden del af objektet, resulterer i en netto indadgående kraft, som trækker alle objektets dele mod dets centrum. Hvis et objekt er stabilt, skal den indadvendte kraft af objektets selvtyngde, afbalanceres af noget – ofte det udadrettede skub fra trykket inde i objektet. Husk da vi så på Solen (kapitel 13), henviste vi til balancen mellem tyngdekraft og tryk i et stabilt objekt, som den hydrostatiske ligevægt.
Disse begreber gælder også for skyer i det interstellare medium. Interstellare skyer, har også selv tyngdekraft (se figur 14.14). Hver del af skyen, oplever en tyngdetiltrækning fra en hver anden del af skyen. Imidlertid er interstellare skyer ikke altid i hydrostatisk ligevægt. I de fleste interstellare skyer, er det indre tryk meget stærkere en selvtyngden (fordi tyngdekraften følger en omvendt kvadreret lov, jo mere spredt et objekts masse er, desto svagere er dets selvtyngde). Det udadgående skub fra trykket i disse skyer, får dem til at udvide sig, hvis det ikke var for det modsatrettede tryk fra det omgivne interstellare medium. Det interstellare medium er meget mindre tæt end de interstellare skyer, men det er også meget varmere, så dets tryk er højt nok til, at kunne begrænse skyerne (tryk er proportionalt med både densitet og temperatur).
Derimod påvirker nogle molekylære skyer, den hydrostatiske ligevægt i den anden retning. Disse skyer er massive og tætte nok – det vil sige, der er nok masse pakket sammen i et lille nok rumfang – til, at deres selvtyngde bliver vigtig (mere masse samlet, med mindre afstande mellem forskellige dele af skyen, resulterer i stærkere tyngdekraft). Desuden er dusse skyer kølige nok til, at deres indre tryk er forholdsvist lavt, på trods af deres høje densitet. I sådanne skyer, er selvtyngden meget større end trykket, så skyerne falder sammen under deres egen vægt, og begynder en begivenhedskæde, der vil kulminere i antændelsen af atomovnene inde i en ny generation af stjerner.
Hvis selvtyngden i en molekylær sky, er meget mere signifikant end trykket bør tyngdekraften direkte vinde, og skyen vil hurtigt kollapse mod dens centrum. I praksis går processen meget langsomt, fordi flere andre effekter står i vejen for sammenfaldet. En sådan effekt der bremser sammenfaldet af en sky, er bevarelsen af impulsmomentet (husk vores gennemgang af virkningerne af impulsmomentet og udfladningen af en kollapsende sky i kapitel 6). Andre egenskaber ved molekylære skyer, der forhindrer dem i at kollapse hurtigt, er turbulens og virkningen fra magnetfelter. Selvom disse virkninger kan bremse sammenfaldet af en molekylære sky, vil tyngdekraften til sidst vinde. Magnetiske felter i skyen kan langsomt dø ud. En del af skyen kan miste impulsmomentet til en anden del af skyen, så den del af skyen med det mindre impulsmoment, kan falde hurtigere sammen. Turbulensen falder i sidste ende bort. Detaljerne i disse processer er meget komplekse, og er genstand for aktuel forskning, men det afgørende punkt er dette: virkningerne der forhindrer sammenfald af en molekylære sky er midlertidige, og tyngdekraften er vedblivende. Da de kræfter der modarbejder skyens selvtyngde gradvis falmer bort, bliver skyen langsomt mindre.
Molekylære skyer fragmenterer som de kollapser
Afgørende for processen med stjernedannelse er det faktum, at når en sky bliver mindre, bliver tyngdekraften der forsøger at trække den sammen, større. Denne effekt er resultatet af den omvendte kvadreret tyngdelov, der blev omtalt i kapitel 3. Antag, at en sky begynder med at være 4 lysår i diameter. Når skyen er fladet sammen til en størrelse på 2 lysår i diameter, er de forskellige dele af skyen i gennemsnit kun halvt så langt fra hinanden, som de var da skyen startede med at trække sig sammen. Som følge heraf, vil tyngdepåvirkningen de føler fra hinanden, være 4 gange stærkere end den var, da skyen var 4 lysår i diameter. Når skyen er ¼ så stor som da den startede (eller 1 lysår i diameter), er tyngdekraftpåvirkningen blevet 16 gange så stærk. Når en sky der falder sammen bliver mindre, bliver tyngdekraften stærkere. Efterhånden som tyngdekraften bliver stærkere, sker sammentrækningen hurtigere. Og som sammentrækningen sker hurtigere, vokser tyngdekraften endnu hurtigere. Med andre ord, sammentrækningen oplever en ”sneboldseffekt”.
Molekylære skyer er aldrig ensartede. Nogle regioner inde i skyen, er altid tættere end andre, så de kollapser i sig selv hurtigere, end de omkringliggende regioner. Som disse regioner kollapser, bliver deres selvtyngde stærkere, fordi de er mere kompakte, og så kollapser de endnu hurtigere. Figur 14.15 viser resultatet af denne proces. Hvad der starter som små variationer i skyens tæthed, vokser til at blive meget tætte koncentrationer af gas. I stedet for at kollapse til et enkelt objekt, fragmenterer den molekylære sky i et antal meget tætte molekylære skykerner. En enkelt molekylær sky, kan danne hundredvis eller tusindvis af molekylære skykerner. Det er fra disse tætte skykerner, typisk et par lysmåneder i størrelse, at stjernerne dannes fra.
Efterhånden som en molekyleskys kerne bliver mindre, vokser tyngdekraften der forsøger at trække skyen sammen. Til sidst er tyngdekraften i stand til at overvinde kræfterne fra tryk, magnetfelter og turbulens, som har modstået den. Denne kapitulation til tyngdekraften, sker først i nærheden af skyens centrum, fordi det er her hvor skymaterialet er mest koncentreret. Trykket i den centrale del af skykernen, understøtter vægten af de overliggende lag. Mår midten af skyen kollapser, fjernes denne understøttelse pludselig. Uden denne ”trykstøtte” begynder det næste ydre lag, at falde frit indad mod centrum også. Men hvad med lagene længere ude? Nu er der heller ikke noget til at holde dem oppe, så processen fortsætter: hvert lag af skykernen falder indad, og fjerner derved understøttelsen af lagene endnu længere ude. Som vist i figur 14.16, kollapser skykernen som et korthus, når nederste lag slås ud. Hele strukturen ramler sammen.
Det var på dette tidspunkt i historien om stjernedannelse, at vores fortælling om dannelsen af Solsystemet i kapitel 6, begyndte. Figur 14.17 viser et overblik over processen. Materiale fra den kollapsende molekyleskys kerne falder indad. På grund af sit impulsmoment, lander dette materiale i en flad, roterende tilvækstsskive (figur 6.2 viser flere sådanne skiver). De mørke bånd på disse billeder, er skiverne set fra siden. De lyse områder, er stjernelys reflekteret fra skivernes overflader. Det meste af dette materiale, finder i sidste ende sin vej indad, til den voksende protostjerne i midten af skiven, men en lille del af det forbliver, og bliver til det planeter er dannet af. I kapitel 6, fulgte vi udviklingen af støvet og gassen, der blev efterladt i skiven, og så hvordan det naturligt leder til dannelsen af et planetsystem, med samme egenskaber som Solsystemet. Denne gang, følger vi i stedet historien om protostjernen, som den bliver til en stjerne.
