איך נוצרות הערפיליות שבין הכוכבים, מה מחזיק אותן ומדוע מרכיביהן אינם מתפזרים לכל עבר?
ערפיליות, הן הצטברות של אבק, הליום ומימן בחלל הבין-כוכבי. שמן הלועזי Nebula נגזר מהמילה הלטינית לענן. צורתן אכן מזכירה לעיתים עננים או ערפל, ומכאן נגזר שמן בעברית.
בניגוד לדעה הרווחת, בחלל לא שורר ריק מוחלט. אנו נוהגים להתייחס לחלל כאל רִיק, אך למעשה יש בו גז דליל מאוד שמורכב מאטומי מימן והליום וגם מעט אבק. הגז אכן מאוד דליל, רק אטום אחד לסנטימטר מעוקב בממוצע. לעומת זאת, קרוב לפני כדור הארץ יש בסנטימטר מעוקב של אוויר יותר ממיליון אטומים בחזקת אלף. לכן אנו אומרים בהשוואה לכך שבחלל שורר רִיק.
אף על פי שהתווך הבין-כוכבי דליל מאוד, המרחק העצום בין הכוכבים מתורגם לכמות ענקית של חומר. לכמות חומר גדולה כל כך יש מסה גדולה, ולכן גם משיכה חזקה. אבל החומר מפוזר מאוד, לכן גרגר אבק או אטום מימן מרגישים משיכה חלשה מאוד לכל הכיוונים. אם כוחות המשיכה שווים בדיוק ומושכים לכל הכיוונים, סך הכוחות הפועל על החלקיק יהיה אפס והוא לא יזוז. אז איך בכל זאת נוצרת ערפילית?
חומר שמפוזר על שטח גדול כל כך לא יהיה אחיד בפיזורו: תמיד יהיו אזורים צפופים יותר וצפופים פחות. בפיזיקה, המצב הזה מכונה "שבירת סימטריה", כלומר החלל אינו אחיד ואינו נראה בדיוק אותו הדבר באזורים שונים. השונות הזאת בצפיפות התווך הבין-כוכבי גורמת לכך שיש אזורים עם משיכה כבידתית מעט יותר חזקה. האזורים האלה מושכים אליהם חלקיקי אבק נוספים וכך גדלים ונהיים צפופים יותר ומוסיפים לעצמם מסה. המסה הזאת מגדילה בתורה את כוח המשיכה עוד יותר, וכן הלאה.
אפשר להקביל את היווצרות הערפילית להתפתחות עננים בשמיים: ענן נוצר כשאדי המים באזור מסוים באוויר מתעבים ליצירת תערובת של טיפות מים ואוויר. התעבות האדים תתרחש בדרך כלל באזור שבו קיימת באופן רגעי צפיפות גבוהה של מולקולות מים, כך שהן מתגבשות לטיפה. לרוב, עננים נוצרים על "גרעיני התעבות", שהם חלקיקי אבק שהמים מתעבים עליהם. אבל גם גרעיני ההתעבות הם גורם ששובר את הסימטריה – חלקיק שגורם לאזור אחד להיות "מיוחד". כמו בערפיליות, גם בעננים מדובר באזור עם צפיפות חומר גבוהה יותר.
מרגע שערפילית נוצרה היא הופכת בעצמה לאזור עם צפיפות חומר גבוהה. כך היא יכולה למשוך אליה חלקיקים נוספים וגם להיות בית גידול לכוכבים. צפיפות החומר במרכז הערפילית כה גבוהה, עד שהחומר יכול להידחס וליצור כוכבים, המורכבים ברובם מגז צפוף במיוחד.
כמו עננים, גם ערפיליות יכולות להתפזר במשך הזמן, אם יהיה כוח שיתנגד לכוח המשיכה ויפזר את החלקיקים למרחק. במקרה של עננים מדובר ברוח – חלקיקי אוויר שמתנגשים בענן ומפרקים אותו. גם בערפיליות אפשר לחשוב על רוח, אבל שלא כמו תנועות האוויר שעל כדור הארץ מדובר ברוח המורכבת מחלקיקים מהירים שנפלטו מכוכבים כמו השמש, או מחלקיקים שקיבלו את מהירותם מפיצוץ של כוכב (סופר-נובה). מכיוון שהערפיליות גדולות מאוד וכוח המשיכה שמחזיק אותן חזק, פיזור ערפיליות הוא תהליך אטי מאוד, שכמו תהליכים אסטרונומיים רבים עשוי להימשך מיליוני שנים.
