miniatura|Cúmul estel·lar obert M11, el cúmul de l'ànec salvatge. Es pot veure com presenta una estructura poc densa i està format per estels jóvens i brillants. Un cúmul estel·lar obert és un grup nombrós d'estels que pot contenir alguns milers d'objectes formats gairebé simultàniament a partir d'un mateix núvol molecular i que romanen encara lligats per la gravitació. Els cúmuls oberts es troben únicament a galàxies amb formació estel·lar activa, és a dir, en galàxies espirals o irregulars. Típicament tenen edats inferiors a uns pocs centenars de milions d'anys i es rompen i dispersen en la seva rotació al voltant del centre galàctic per interaccions gravitacionals amb altres cúmuls o per trobades properes entre els seus propis estels.
Els cúmuls més joves poden estar encara continguts dins del núvol molecular del qual es van formar, il·luminant-lo i constituint regions H II. Amb el temps, la pressió de radiació dels propis estels dispersa el gas del núvol molecular i els deixa sols. Aproximadament un 10% de la massa del núvol molecular pot condensar-se en forma d'estels abans de dispersar-se per la pressió de radiació.
Els cúmuls estel·lars són objectes importants en l'estudi de l'evolució estel·lar. Atès que tots els estels que hi ha són d'edat i composició química similar, poden ser usats per a estudiar-ne les propietats molt millor que en el cas d'estels aïllats.
Tots els estels s'han format en brots de formació estel·lar però els de més edat, com el nostre Sol ja fa molt de temps que es van allunyar dels seus companys natals.
Història de les observacions miniatura|esquerra|El cúmul del pessebre, un dels cúmuls oberts més cridaners de l'hemisferi nord, conegut des de l'antiguitat. Les Plèiades, les Híades o el Pessebre, han estat cúmuls oberts reconeguts com a grups d'estrelles des de ben antic. Ptolemeu, l'any 138 aC, ja esmentava alguns cúmuls oberts com el que porta el seu nom (Cúmul de Ptolemeu) o el proper Melotte 111. D'altres es coneixien com a zones nebuloses i no serà fins a la invenció del telescopi, que Galileu el 1609 va observar El Pessebre i va reconèixer per primera vegada que estava constituït per estrelles. Com els cúmuls oberts són molt brillants, es podien veure fàcilment amb els primers telescopis, i en 1782 ja es coneixien 66 cúmuls oberts diferents. Les observacions telescòpiques van descobrir dos tipus diferents de cúmuls, un dels quals contenia centenars d'estrelles que es trobaven distribuïdes formant una esfera regular i solien aparèixer al voltant del centre de la Via Làctia, i l'altre presentava una escassa població d'estrelles distribuïdes irregularment, i que es trobaven repartits per tota la galàxia. Els astrònoms van dividir els cúmuls estel·lars en cúmuls globulars i cúmuls oberts, respectivament. Els cúmuls oberts també s'anomenen cúmuls galàctics,un terme introduït per Robert Julius Trumpler el 1925, ja que es poden trobar a tota la galàxia.
Aviat es van adonar que les estrelles dels cúmuls oberts es trobaven físicament relacionades. En 1767, el reverend John Michell va calcular que la probabilitat que un grup d'estrelles, com les Plèiades, sigui el resultat de la disposició que s'observa des de la Terra si fossin estrelles sense relació, és de només d'1 entre 496.000. En la dècada de 1790, l'astrònom anglès William Herschel va començar un estudi sobre els objectes nebulosos. Va descobrir que moltes d'aquestes característiques es podien resoldre en agrupacions d'estrelles individuals. Va concebre la idea que les estrelles inicialment estaven disperses en l'espai, però que es van anar ajuntant en cúmuls a causa de l'atracció gravitatòria. Herschel va dividir les nebuloses en vuit classes, des de la classe VI a la VIII es classificaven cúmuls d'estrelles.
Centenars de cúmuls oberts s'han afegit a la llista dels catàlegs NGC i de l'IC. Les observacions telescòpiques han revelat dos tipus diferents de cúmuls, uns que contenen milers d'estrelles en una distribució esfèrica regular i preferentment cap al centre de la Via Làctia, i l'altre format per poblacions d'estrelles disperses amb una forma més irregular i distribuïts per tot el cel. Els astrònoms van donar el nom de cúmuls globulars als primers.
Quan l'astrometria es va tornar més precisa, es va revelar que les estrelles del cúmul tenien un moviment propi comú a través de l'espai, i les mesures espectroscòpiques van mostrar una velocitat radial comuna, demostrant definitivament que les estrelles dels cúmuls van néixer al mateix temps, que es troben a la mateixa distància de nosaltres i que estan relacionades entre elles com a grup.
Tot i que els cúmuls oberts i els cúmuls globulars formen dos grups diferents, realment no hi ha diferència apreciable entre un cúmul globular de molt escassa densitat i un cúmul obert amb molta població d'estrelles. Alguns astrònoms creuen que els dos tipus de cúmuls estel·lars funcionen a partir del mateix mecanisme, sent l'única diferència que les condicions que van permetre la formació dels cúmuls globulars que contenen centenars de milers d'estrelles ja no es donen actualment en la nostra galàxia.
Formació miniatura|Nebulosa d'Orió. La imatge de la dreta presa en l'espectre infraroig posa en evidència la formació d'un dens cúmul obert al centre denominat "Cúmul del Trapezi". Una gran part de les estrelles s'han format originàriament en sistemes múltiples (és a dir, de més d'una estrella), ja que un sol núvol de gas que contingui diverses vegades la massa del Sol seria prou pesada com per col·lapsar sota la seva pròpia gravetat, però no hi hauria manera de fer-ho en una estrella aïllada.
Els cúmuls oberts triguen molt poc temps a formar-se si ho comparem amb la seva vida. La seva formació comença amb el col·lapse de part d'un gran núvol molecular, un dens i immens núvol de gas molt fred que alberga diversos centenars de vegades la massa del Sol. Existeixen multitud de factors que poden iniciar el col·lapse del gran núvol molecular, o d'una part i, per tant, començar a formar el cúmul obert, com poden ser les ones de xoc d'una supernova propera o les interaccions gravitacionals, entre molts altres factors. Una vegada que el gran núvol molecular ha començat a col·lapsar-se, es va fragmentant en grups cada vegada més petits, obtenint com a resultat la formació de diversos milers d'estels. En la nostra galàxia, s'estima que el ritme de formació de cúmuls oberts és d'un cada pocs milers d'anys.
Una vegada que la formació d'estels ha començat, els més calents i massius (de tipus OB) emetran ingents quantitats de radiació ultraviolada. Aquesta radiació ionitza ràpidament el gas circumdant del gran núvol molecular, cosa que causa la formació d'una regió HII. Els vents estel·lars dels estels més massius, juntament amb la pressió de radiació, dirigeixen cap a fora els gasos del núvol i els van expulsant amb el temps. Al cap d'uns pocs milions d'anys s'hi esdevindrà la seva primera supernova, que contribuirà molt a expulsar gas del sistema. Passades diverses desenes de milions d'anys, el cúmul ja és lliure de gas i la formació d'estels ha acabat. En general, menys del 10% del gas inicial del cúmul arriba a formar part dels estels abans de dissipar-se.
miniatura|esquerra|Cúmul doble de Perseu, un cúmul obert binari. Un altre model possible és que el cúmul es formi ràpidament a causa de la contracció del nucli del núvol molecular i, un cop que els estels més massius comencen a lluir, expulsin el gas residual a la velocitat del so. Des que el nucli del núvol comença a contreure fins que el gas és dispersat, sol passar d'un a tres milions d'anys, i pel fet que generalment només el 30% o 40% del gas del nucli del núvol forma estels, el procés d'expulsió del gas residual pot perjudicar molt el cúmul, el qual pot perdre gran part -o tots, fins i tot- dels seus estels. Els cúmuls que es formen d'aquesta manera pateixen una pèrdua de massa força significativa en les primeres etapes de formació i una part important dels estels moren en el procés. Com que la majoria dels estels, si no tots, es formen en cúmuls, se'ls coneix com els pilars fonamentals de construcció de les galàxies. La violenta expulsió de gas que dona forma als cúmuls estel·lars en el moment del seu naixement deixa empremta en la morfologia i l'estructura cinemàtica de la galàxia.
Pot passar que dos o més cúmuls oberts separats s'hagin format a partir del mateix núvol molecular. Un exemple d'això el tenim al Gran Núvol de Magalhães, on els cúmuls Hodge 301 i R136 es van formar en la Nebulosa de la Taràntula. A la nostra galàxia, el rastreig del moviment de dos importants cúmuls oberts propers, Híades i El Pessebre, suggereix que es van formar a partir del mateix núvol 600 milions d'anys enrere.
A vegades, dos cúmuls que neixen alhora poden arribar a formar un cúmul binari, i es calcula que aproximadament el 8% dels cúmuls oberts ho són. Es coneixen almenys 10 cúmuls dobles a la Via Làctia: el millor exemple és el cúmul doble d'NGC 869 i NGC 884 (a vegades anomenats erròniament h i χ Persei; h es refereix a una estrella propera i χ als dos cúmuls).
Morfologia i classificació Els cúmuls oberts poden variar de cúmuls molt dispersos d'uns pocs membres fins denses aglomeracions de milers d'estels. Solen presentar la mateixa estructura: un nucli dens envoltat d'una corona més difusa. En general, el nucli té un diàmetre de 3 ó 4 anys llum, i la corona s'estén fins a 20 anys llum del centre del cúmul. Al centre del cúmul la densitat sol ser de l'ordre d'1,5 estrelles per cada any llum cúbic, unes 500 vegades més elevada que prop del Sol
En 1930, Harlow Shapley va idear un sistema molt senzill de classificació de cúmuls oberts, que descriu la riquesa del nombre d'estrelles i la concentració del cúmul. Consisteix simplement en una lletra, de l'"a" a la "g":
A: irregularitats de camp B: associacions estel·lars C: cúmuls irregulars i molt lleument lligats D: cúmuls lleument lligats I: cúmuls amb riquesa i concentració intermèdia F: cúmuls força concentrats G: cúmuls amb una gran riquesa i concentració
En el mateix any, Robert Trumpler va idear un sistema de classificació de cúmuls oberts molt més complex. Segons aquest sistema, s'assignen tres paràmetres a cada cúmul:
Segons la concentració i grandària fins a l'estel més pròxim (de major a menor), en numeració romana, pot oscil·lar entre I i IV. I: concentració forta II: concentració mitjana alta III: concentració mitjana baixa IV: concentració feble
Segons la lluminositat (de menor a major) s'escriu en numeració aràbiga. 1: tots els estels tenen la mateixa lluminositat 2: repartició uniforme 3: molts estels poc brillants
Segons el nombre d'estels, p: pobre, menys de 50 estels m: mitjà, entre 50 i 100 estels r: ric, més de 100 estels
A més, si el cúmul és dins d'una nebulosa, al final s'hi afegeix la lletra n.
El 1990 es va publicar un compendi de tots els cúmuls oberts de la nostra galàxia coneguts fins llavors, tots classificats amb el sistema de Trumpler.
Les Plèiades, amb el sistema de classificació de Trumpler, se la cataloga com "I3rn" (estels molt concentrats i lluminosos, rics en població i situats dins una nebulosa), mentre que les Híades són "II3m" (estels més dispersos i no tants).
Nombre i distribució miniatura|esquerra|NGC 346, un cúmul obert situat a la Petit Núvol de Magallanes . En les galàxies espirals, els cúmuls oberts sempre es troben en els braços espirals, on la densitat dels gasos és més elevada. A més, els cúmuls oberts són en el pla de la galàxia.