星系，別稱宇宙島，源自于希臘語的γαλαξ?α? （galaxias），是由引力束縛在一起的幾百萬至幾萬億顆恒星以及星際氣體和塵埃、暗物質(zhì)等構(gòu)成的天體系統(tǒng)。除了單獨的恒星和稀薄的星際物質(zhì)之外，大部分的星系都有數(shù)量龐大的多星系統(tǒng)、星團以及各種不同的星云，即一個星系一般都包含著數(shù)十億到千億顆恒星。星系內(nèi)部的恒星和氣體都在運動，而星系作為一個整體也在運動。
17世紀望遠鏡發(fā)明以后，陸續(xù)觀測到一些云霧狀的天體，稱之為星云。1924年，美國天文學家愛德文·哈勃肯定了仙女星云、三角座星云等為河外星系，即銀河系以外的天體系統(tǒng)。1926年，哈勃將星系分為橢圓星系、旋渦星系和不規(guī)則星系3大類，后來又細分為橢圓、透鏡、旋渦、棒旋和不規(guī)則5個類型，此外，還有星爆星系等活動星系，且從橢圓星系到旋渦星系再到不規(guī)則星系，似乎有質(zhì)量遞減、氣體含量增加、老年恒星減少的趨勢。
星系間的距離用光年計算，距離銀河系最近的星系是大麥哲倫云和小麥哲倫星系，距離地球分別約17萬和20萬光年。在現(xiàn)代觀測手段所能達到的范圍內(nèi)，估計至少有10億個星系，而十幾個甚至上千個星系組成了宇宙中確知具有動力學束縛特征的最大結(jié)構(gòu)——星系團。
釋義
圍繞和延伸在星系之間，有著稀薄的等離子，它們被認為具有宇宙纖維狀結(jié)構(gòu)，這是比宇宙的平均密度略為密集的區(qū)域。這些物質(zhì)被稱為星系際介質(zhì)(IGM)，并且通常是被電離的氫；也就是包含等量的電子和質(zhì)子的等離子。IGM的密度被認為是宇宙平均密度的10至100倍(每立方米擁有10至100顆氫原子)。在富星系團內(nèi)的密度高達平均密度的1000倍時。
星系際介質(zhì)被認為主要是電離氣體的原因是以地球的標準來看，它的溫度被認為是相當高的(雖然有些地區(qū)以天文物理的標準來看只是溫暖)。當氣體由空洞進入星系際介質(zhì)，它被加熱至10K到 10K，這是足夠讓氫原子在碰撞時被撞出的電子成為自由電子，像這種溫度的星系際介質(zhì)被稱為溫熱星系際介質(zhì)(WHIM)。電腦模擬顯示，在宇宙中約有一半的原子物質(zhì)可能存在于這種溫熱、稀薄的狀態(tài)。當氣體從溫熱星系際介質(zhì)的纖維狀結(jié)構(gòu)進入星系團的宇宙斯狀結(jié)構(gòu)的界面時，它的溫度會升得更高，溫度可以達到10K或更高。
歷史上，星系是依據(jù)它們的形狀分類的（通常指它們視覺上的形狀）。最普通的是橢圓星系，有著橢圓形狀的明亮外觀；螺旋星系是圓盤的形狀，加上彎曲塵埃的旋渦臂；形狀不規(guī)則或異常的，通常都是受到鄰近的其他星系影響的結(jié)果。鄰近星系間的交互作用，也許會導致星系的合并，或是造成恒星大量的產(chǎn)生，成為所謂的星爆星系。缺乏有條理結(jié)構(gòu)的小星系則會被稱為不規(guī)則星系。在可以看見的可觀測宇宙中，星系的總數(shù)可能超過一千億個以上。大部分的星系直徑介于1,000至100,000秒差距，彼此間相距的距離則是百萬秒差距的數(shù)量級。星系際空間（存在于星系之間的空間）充滿了極稀薄的電漿，平均密度小于每立方公尺一個原子。多數(shù)的星系會組織成更大的集團，成為星系群或團，它們又為聚集成更大的超星系團。這些更大的集團通常被稱為薄片或纖維，圍繞在宇宙中巨大的空洞周圍。
雖然我們對暗物質(zhì)的了解很少，但在大部分的星系中它都占有大約90%的質(zhì)量。觀測的數(shù)據(jù)顯示超大質(zhì)量黑洞存在于星系的核心，即使不是全部，也占了絕大多數(shù)，它們被認為是造成一些星系有著活躍的核心的主因。銀河系，我們的地球和太陽系所在的星系，感覺看起來在核心中至少也隱藏著一個這樣的物體。
在宇宙中，由兩顆或兩顆以上星球所形成的繞轉(zhuǎn)運動組合體叫做星系。星球的繞轉(zhuǎn)形式有兩種：一是眾多質(zhì)量小的星球繞質(zhì)量大的中心星球轉(zhuǎn)動，如太陽系眾多行星和彗星等繞太陽轉(zhuǎn)動；二是兩顆星球圍繞共同質(zhì)心相互轉(zhuǎn)動。絕大多數(shù)星系屬于前者。
特征
星系大小差異很大。橢圓星系直徑在3300光年到49萬光年之間；螺旋星系直徑在1.6萬光年到16萬光年之間；不規(guī)則星系直徑大約在6500光年到2.9萬光年之間！星系的質(zhì)量一般在太陽質(zhì)量的100萬到1萬億倍之間！（注釋：兆這個單位是中國古代說法，現(xiàn)在一般認為是1乘以10的六次方，容易引起歧義）
星系內(nèi)部的恒星在運動，而星系本身也在自轉(zhuǎn)，整個星系也在空間運動。傳統(tǒng)上，天文學家認為星系的自轉(zhuǎn)，順時針方向和逆時針方向的比率是相同的。但是根據(jù)一個星系分類的分布式參與項目Galaxyzoo的觀察結(jié)果，逆時針旋轉(zhuǎn)的星系更多一些！
星系具有紅移現(xiàn)象，說明這些星系在空間視線方向上正在離我們越來越遠。這也是大爆炸理論的一個有力證據(jù)。星系在大尺度的分布上是接近均勻的；但是小尺度上來看則很不均勻。例如大麥哲倫星系和小麥哲倫星系組成雙重星系，它們又和銀河系組成三重星系！
觀測簡史
對我們自己的銀河系和其它星系的調(diào)查開始于詹姆斯·畢倪和邁克爾·馬黎·費爾德的報告書：星系天文學(Galacticastronomy)。
星系的發(fā)現(xiàn)
在1610年，伽利略·伽利萊使用他的望遠鏡研究天空中明亮的帶狀物，也就是當時所知的銀河，并且發(fā)現(xiàn)它是數(shù)量龐大但光度暗淡的恒星聚集而成的。在1755年的一篇論文，伊曼努爾·康德借鑒更早期由托馬斯·懷特工作完成的素描圖，推測(正確的)星系可能是由數(shù)量龐大的恒星轉(zhuǎn)動體，經(jīng)由重力的牽引聚集在一起，就如同我們的太陽系，只是規(guī)模更為龐大。
恒星聚集成盤狀，我們由盤內(nèi)透視的效果，將會看成一條在夜空中的光帶。康德也猜想某些在夜空中看見的星云可能是獨立的星系。
星系區(qū)分
第一位嘗試描述銀河系的形狀和太陽位置的天文學家是威廉·赫歇爾，他在1785年小心的計算天空中在不同區(qū)域的恒星數(shù)目，得到了太陽系在中心的橢圓星系的圖像，這與1920年卡普坦得到的結(jié)果非常類似，只是比較小些(直徑大約15,00秒差距)。????赫歇爾制作了當時最大的望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了天王星。他同樣關(guān)注恒星世界。在多年觀測后，他根據(jù)天空中各個方向的恒星數(shù)量，于1785年畫下了一幅銀河系結(jié)構(gòu)圖。由于無法測定遙遠恒星的距離，赫歇爾假設(shè)天空中所有恒星具有相同的發(fā)光本領(lǐng)，并根據(jù)實際觀測到的恒星亮度來估計它們到地球的距離。他得到的銀河系“畫像”扁而平，具有不規(guī)則輪廓，太陽位于銀河系中央。威廉·赫歇爾用統(tǒng)計法首次確認了銀河系為扁平狀圓盤的假說，從而初步確立了銀河系的概念。
1906年，荷蘭天文學家卡普坦提出“選區(qū)計劃”，重新研究銀河系的結(jié)構(gòu)。他得到的銀河系模型與赫歇爾類似：太陽居中，中心的恒星密集，邊緣稀疏。
1918年，哈羅·沙普利提出，銀河系是一個透鏡狀的恒星系統(tǒng)，其中心位于天淵三方向，而不是太陽系。后來的觀測逐漸證明，沙普利的模型較為接近真實的銀河系，因而被沿用至今。
描述
在1936年，哈勃制定了現(xiàn)稱哈柏序列，并仍被使用的星系分類法。
哈洛·夏普利使用另一種不同的方法，建立在球狀星團的分布上，得到了一幅完全不同的圖像：一個直徑約70,000秒差距的扁平盤狀，而且太陽在遠離中心的位置上。但兩者的分析都沒有考慮到星際塵埃在銀河盤面上造成的光線的吸收的量；一旦羅伯特·朱利葉斯·莊普勒在1930年經(jīng)由研究疏散星團確定了這個作用之后，我們所認知的銀河系圖樣就浮現(xiàn)出來了。在1944年，亨德力克·赫爾斯特預言氫原子會輻射出21公分波長的微波，結(jié)果在1951年便發(fā)現(xiàn)來自星際氫原子的輻射線。這條輻射線允許對星系做更深入的研究，因為他不會被星際塵埃吸收，并且來自他的都卜勒位移能夠映像出星系內(nèi)氣體的運動。
這些觀測導致轉(zhuǎn)動的假定，分辨出在星系中心的棒狀結(jié)構(gòu)，配合無線電望遠鏡，在其它星系的氫原子也能被追蹤到。在1970年，維拉·魯賓的研究發(fā)現(xiàn)星系可見的總質(zhì)量(恒星和氣體)不能適當?shù)卣f明星系中氣體的轉(zhuǎn)動速度。如今星系自轉(zhuǎn)問題已經(jīng)用于解釋未能觀察到的大量暗物質(zhì)。
從1990年代開始，哈勃空間望遠鏡提高了觀測的效益，尤其是，他確認了神秘的暗物質(zhì)不可能是在星系中的暗弱小天體。哈柏深空，對天空的一個區(qū)域進行極長時間的曝光，提供了宇宙中可能有多達1,750億個星系的可能證據(jù)。在不可見光的光譜偵測技術(shù)上的改進(無線電望遠鏡、紅外線攝影機、X射線望遠鏡)，讓人類可以見到連哈柏太空望遠鏡也看不見的其它星系。特別是，對天空中隱匿帶（天空中被銀河系遮蔽的部分）的星系巡天，揭露了相當數(shù)量的新星系。
星系分類
星系主要分成三類：橢圓星系、螺旋星系和不規(guī)則星系。對星系類型更明確與廣泛的描述會在哈柏序列的條目中敘述。因為哈柏序列是根據(jù)視覺的型態(tài)，他也許會錯過某些星系的重要特征，例如恒星形成率(在星爆星系或活躍星系的核心)。透鏡星系是介于橢圓星系和旋渦星系之間的一種星系。
根據(jù)哈勃空間望遠鏡星系分類法，星系的類型E表示橢圓星系，S是螺旋星系，SB是棒旋星系，S0是透鏡星系。
橢圓星系
哈勃星系分類法根據(jù)橢圓星系橢率的估計進行分類，從E0，接近圓形的，到E7，非常瘦長的。這些星系，不論視線的角度是如何，都有著橢圓形的外觀。她們看似沒有任何的結(jié)構(gòu)，而且相對來說星際物質(zhì)的成分也很少。通常這些星系會有少量的疏散星團和少量新形成的恒星，取而代之的是老年的，與以各種不同方向環(huán)繞星系的中心，已經(jīng)成熟的恒星為主。她們的一些性質(zhì)類似小了許多的球狀星團。
大部分的星系都是橢圓星系，許多橢圓星系相信是經(jīng)由星系的交互作用，碰撞或是合并，產(chǎn)生的。她們可以長成極大的體積(與螺旋星系比較)而且巨大的橢圓星系經(jīng)常出現(xiàn)在星系群的中心區(qū)域。星爆星系是星系碰撞后的結(jié)果，可能導致巨大橢圓星系的形成。
類型
橢圓星系分為七種類型，按星系橢圓的扁率從小到大分別用E0-E7表示，最大值7是任意確定的。該分類法只限于從地球上所見的星系外形，原因是很難確定橢圓星系在空間中的角度。
不規(guī)則星系沒有一定的形狀，而且含有更多的塵埃和氣體，用Irr表示。另有一類用S0表示的透鏡型星系，表示介于橢圓星系和旋渦星系之間的過渡階段的星系。
屬E0型橢圓星系的NGC4552。該星系位于處女座。
NGC4486，同樣位于室女座，屬E1型橢圓星系。
NGC4479屬于E4型橢圓星系，位于室女座。
NGC205橢圓星系，屬于E6型，位于仙女座。
位于六分儀座的NGC 3115，屬E7型橢圓星系，也有把它歸為S0型的。
螺旋星系
在螺旋星系，螺旋臂的形狀近似對數(shù)螺線，在理論上顯示這是大量恒星一致轉(zhuǎn)動造成的一種干擾模式。像恒星一樣，螺旋臂也繞著中心旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)的角速度并不是常數(shù)，這意味著恒星會穿越過螺旋臂，螺旋臂則是高密度區(qū)或是密度波。當恒星進入螺旋臂，他們會減速，因而創(chuàng)造出更高的密度；這就類似波將在高速公路上的車速延緩一樣。螺旋臂能被看見，是因為高密度促使恒星在此處誕生，因而螺旋臂上有許多明亮和年輕的恒星。
我們自己的星系，銀河系，有時就簡稱為銀河，是一個有巨大星系盤的棒旋星系，直徑大約三萬秒差距或是十萬光年，厚度則約為三千光年；擁有約三千億顆恒星(3×1011)和大約六千億顆太陽的質(zhì)量。
旋渦星系
(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)具有旋渦結(jié)構(gòu)的河外星系稱為旋渦星系，在哈勃的星系分類中用S代表．螺旋星系的螺旋形狀，最早是在1845年觀測獵犬座星系M51時發(fā)現(xiàn)的．螺旋星系的中心區(qū)域為透鏡狀，周圍圍繞著扁平的圓盤．從隆起的核球兩端延伸出若干條螺旋狀旋臂，疊加在星系盤上．螺旋星系可分為正常漩渦星系和棒旋星系兩種．按哈勃分類，正常漩渦星系又分為 a、b、c三種詞型：Sa型中心區(qū)大，稀疏地分布著緊卷旋臂；Sb型中心區(qū)較小，旋臂較大并較開展；Sc型中心區(qū)為小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、電離氫區(qū)外，同時還有大量的塵埃和氣體分布在星系盤上。從側(cè)面看在主平面上呈現(xiàn)為一條窄的塵埃帶，有明顯的消光現(xiàn)象。
螺旋星系通常有一個籠罩整體的、結(jié)構(gòu)稀疏的暈，叫做星系暈。其中主要是星族Ⅱ天體，其典型代表是球狀星團。一個中等質(zhì)量的漩渦星系往往有100~300個球狀星團。隨機地散布在星系盤周圍空間。在往外，可能還有更稀疏的氣體球，稱為星系暈。漩渦星系的質(zhì)量為十億到一萬億個太陽質(zhì)量，對應(yīng)的光度是絕對星等15~-21等。直徑范圍是5~50Kpc。Sa型星系的總光譜型為K，Sb型為F~K, Sc型為A~F。產(chǎn)生總光譜的主要天體既有高光度早型星，又有高光度晚型星。星族Ⅰ天體組成星系盤和旋臂，星族Ⅱ天體主要構(gòu)成星系核、星系暈和星系冕。
棒旋星系
(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)棒旋星系是中心呈長棒形狀的螺旋形星系，一般的螺旋形星系的中心是有圓核的，而棒旋形星系的中心是棒形狀，棒的兩邊有旋形的臂向外伸展。
旋渦星系，分為兩族，一族是中央有棒狀結(jié)構(gòu)的棒旋星系，用SB表示
另一種是無棒狀結(jié)構(gòu)的旋渦星系，用S表示。這兩類星系又分別被細分為三個次型，分別用下標a、b、c表示星系核的大小和旋臂纏繞的松緊程度。
類型：
位于獅子座的NGC3623，屬Sa型旋渦星系。
屬Sb型的NGC3627旋渦星系，位于獅子座。
NGC3351位于獅子座，屬SBb型棒旋星系。
SBc型棒旋星系NGC3992，位于大熊座。
矮星系
盡管橢圓星系和螺旋星系是很明顯與突出的，宇宙中大部分的星系都是矮星系，這些微小的星系都不到銀河系百分之一的大小，只擁有數(shù)十億顆的恒星。許多矮星系可能都會環(huán)繞著單獨的大星系運轉(zhuǎn)，我們的銀河至少就有一打這樣的矮星系。矮星系依樣可以分成橢圓、螺旋和不規(guī)則。因為矮橢圓星系外觀上與大的橢圓星系有一點相似，因此她們經(jīng)常被稱為矮球狀星系來取代。
類型：
獵犬座的NGC5194旋渦星系，屬Sc型。左側(cè)是一個矮星系。
活躍星系
有部分我們觀察到的星系被分類為活躍星系，也就是說，來自星系的總能量除了恒星、塵埃和星際介質(zhì)之外，還有另一個重要的來源。像這樣的活躍星系核的標準模型，根據(jù)能量的分布，認為是物質(zhì)掉落入位在核心區(qū)域的超重質(zhì)量黑洞造成的。
以X射線的形式，輻射出高能量的星系被分類為賽弗特星系、類星體、或蝎虎BL類星體。從由核心噴發(fā)出的相對噴流發(fā)射出無線電頻率的活躍星系被分類為無線電星系。在統(tǒng)一場論的星系模型中，這些不同類的星系被解釋為從不同角度觀察所得到的結(jié)果。
不規(guī)則星系
不規(guī)則星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy) 外形不規(guī)則，沒有明顯的核和旋臂，
沒有盤狀對稱結(jié)構(gòu)或者看不出有旋轉(zhuǎn)對稱性的星系，用字母Irr表示。在全球最亮星系中，不規(guī)則星系只占5%。按星系分類法，不規(guī)則星系分為Irr I型和Irr II型兩類。 I型的是典型的不規(guī)則星系，除具有上述的一般特征外，有的還有隱約可見不甚規(guī)則的棒狀結(jié)構(gòu)。它們是矮星系，質(zhì)量為太陽的一億倍到十億倍，也有可高達100億倍太陽質(zhì)量的。它們的體積小，長徑的幅度為2~9千秒差距。
星族成分和Sc型螺旋星系相似：O-B型星、電離氫區(qū)、氣體和塵埃等年輕的星族I天體占很大比例。 II型的具有無定型的外貌，分辨不出恒星和星團等組成成分，而且往往有明顯的塵埃帶。一部分II型不規(guī)則星系可能是正在爆發(fā)或爆發(fā)后的星系，另一些則是受伴星系的引力擾動而扭曲了的星系。所以I型和II型不規(guī)則星系的起源可能完全不同。
類型：
銀河系的衛(wèi)星系“大麥哲倫星系”，屬不規(guī)則星系。
NGC3034不規(guī)則星系，位于大熊座。
獨立星系和從屬星系
按照星系之間是否有隸屬關(guān)系，將宇宙中的星系劃分為 獨立星系和 從屬星系。在宇宙空間中獨立運行，它沒有環(huán)繞中心體旋轉(zhuǎn)，這樣的星系叫做獨立星系。而環(huán)繞中心體運行的星系如太陽系繞銀心運轉(zhuǎn)，地月星系繞太陽運轉(zhuǎn)，這樣的星系叫做從屬星系。
核旋轉(zhuǎn)星系和核不旋轉(zhuǎn)星系
按照中心星是否旋轉(zhuǎn)，劃分為 核旋轉(zhuǎn)星系和 核不旋轉(zhuǎn)星系。在宇宙中獨立星系它的核有的旋轉(zhuǎn)有的不旋轉(zhuǎn)。而從屬星系它的核都是旋轉(zhuǎn)的。
直線運動星系和曲線運動星系
按照星系運行的軌跡，劃分為 直線運動星系和 曲線運動星系。在宇宙空間中，那些獨立星系在主星帶領(lǐng)下按照主星形成時的射線方向在宇宙空間內(nèi)進行直線運行。有的星系如從屬星系則是繞著主星進行曲線運行。
系內(nèi)星系和宇宙星系
按照星系所在的空間位置，劃分為 系內(nèi)星系和 宇宙星系。凡是在星系內(nèi)運動的星系叫做系內(nèi)星系；凡是在星系外宇宙空間里獨立運動的星系叫做宇宙星系。
年老星系和年輕星系
按照星系形成的年齡，劃分為 年老星系和 年輕星系。凡是那些在宇宙空間中或在星系內(nèi)部形成時間比較長年齡大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成為比較規(guī)則的星系；在宇宙空間或在星系內(nèi)部有的星系剛剛形成或形成不久，這樣的星系叫做年輕的星系，年輕的星系大都呈不規(guī)則狀態(tài)。
中心式星系和伴星式星系
按照星系中星球的關(guān)系，劃分為 中心式星系和 伴星式星系。由眾小質(zhì)量星球繞大質(zhì)量星球運動所組成的星系叫做中心式星系，如太陽系、銀河系等；由兩顆星球互繞二者中心質(zhì)點運動所組成的星系叫做伴星式星系，如地球和月亮所組成的地月星系。
大尺度結(jié)構(gòu)
非常少數(shù)的星系是單獨存在的，這些通常都被認為是視場星系。許多星系和一定數(shù)量的星系之間有重力的束縛。包含有50個左右星系的集團叫做星系群，更大的包含數(shù)千個星系，橫跨數(shù)百萬秒差距空間的叫做星系集團。星系集團通常由一個巨大的橢圓星系統(tǒng)治著，他的潮汐力會摧毀鄰近的衛(wèi)星星系，并將質(zhì)量加入星系中。超星系集團是巨大的集合體，擁有數(shù)萬個星系，其中有星系群、星系集團和一些孤單的星系；在超星系集團尺度，星系會排列成薄片狀和細絲，環(huán)繞著巨大的空洞。在上述的尺度中，宇宙呈現(xiàn)出各向同性和均質(zhì)。
我們的銀河系是本星系群中的一員，相對來說是一個直徑大約1022百萬秒差距的小星系群。銀河系和仙女座星系是這個群中最大的兩個星系，許多其它的矮星系都是這兩個的衛(wèi)星星系。本星系群是以室女座星系團為中心的巨大星系群與星系集團集合體的一部分。
星系在宇宙中呈網(wǎng)狀分布。從大尺度看，星系包圍著一個個像氣泡一樣的空白區(qū)域，在整體上形成類似蜘蛛網(wǎng)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，稱之為宇宙大尺度分布。
形成和演化
星系的形成
星系之形成和演化向來都眾說紛紜，有些已經(jīng)被廣泛接受，但仍然有不少人質(zhì)疑。
星系的形成包含了兩方面，一是上下理論，二是下上理論。上下理論是指：星系乃由一次宇宙大爆炸中形成，發(fā)生在137億年前。另一個學說則是指：星系乃由宇宙中微塵所形成。原本宇宙有大量的球狀星團(globularcluster)，后來這些星體相互碰撞而毀滅，剩下微塵。這些微塵經(jīng)過組合，而形成星系。
雖然在今時今日，關(guān)于星系形成的學問有不少人質(zhì)疑，但大抵在星系形成研究方面，隨著研究的深入，已伸展至星系演化方面。在天文物理學中，有關(guān)星系形成和演化的問題有：
在一個均質(zhì)的宇宙中，我們是否居住在一個獨特而與眾不同的場所？
星系是如何形成的？
星系是如何隨著時間改變的？
星系的演化
“哈勃空間望遠鏡深空”照片
按照宇宙大爆炸理論，第一代星系大概形成于大爆炸發(fā)生后十億年。在宇宙誕生的最初瞬間，有一次原始能量的爆發(fā)。隨著宇宙的膨脹和冷卻，引力開始發(fā)揮作用，然后，幼年宇宙進入一個稱為“暴漲”的短暫階段。原始能量分布中的微小漲落隨著宇宙的暴漲也從微觀尺度急劇放大，從而形成了一些“溝”，星系團就是沿著這些“溝”形成的。
哈勃太空望遠鏡拍攝的遙遠的年輕星系照片，其中包含有正在形成中的星系團（原星系）。十八個正在形成中的星系團的單獨照片。每個團快距地球約一百十億光年。著名的“哈勃空間望遠鏡深空”照片。展示了一千多個在宇宙形成后不到十億年內(nèi)形成的年輕星系。哈勃深空圖片。箭頭所指的可能是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠的星系。阿貝爾 2218星系群。照片反映了宇宙中的“引力透鏡”現(xiàn)象。兩個相鄰的星系NGC1410、NGC1409因引力作用而互相吸取物質(zhì)。
隨著暴漲的轉(zhuǎn)瞬即逝，宇宙又恢復到如今日所見的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生后的第一秒鐘，隨著宇宙的持續(xù)膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區(qū)域，大量質(zhì)子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒后，質(zhì)子和中子開始結(jié)合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內(nèi)，構(gòu)成自然界的所有原子的成分就都產(chǎn)生出來了。大約再經(jīng)過三十萬年，宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的云。不久，星系就在其中形成了。大爆炸發(fā)生過后十億年，氫云和氦云開始在引力作用下集結(jié)成團。隨著云團的成長，初生的星系即原星系開始形成。那時的宇宙較小，各個原星系之間靠得比較近，因此相互作用很強。于是，在較稀薄較大的云中凝聚出一些較小的云，而其余部分則被鄰近的云所吞并。同時，原星系由于氫和氦的不斷落入而逐漸增大。
原來星系的質(zhì)量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個個云團各自的運動加上它們之間的相互作用，最終使得原星系開始緩慢自轉(zhuǎn)。這些云團在引力的作用下進一步縮，一些自轉(zhuǎn)較快的云團形成了盤狀；其余的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質(zhì)后，便在其中開始形成恒星。這時的宇宙面貌今天已經(jīng)差不多了。星系成群地聚集在一起，就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體云中，這樣的星系團和星系際氣體伸展成纖維狀的結(jié)構(gòu)，長度可以達到數(shù)億光年。如此大尺度的星系群集在廣闊的空間呈現(xiàn)為球形。
區(qū)別和定義
星系：在茫茫的宇宙海洋中，千姿百態(tài)的“島嶼”，星羅棋布，上面居住著無數(shù)顆恒星和各種天體，天文學上稱為星系。我們居住的地球就在一個巨大的星系——銀河系之中。在銀河系之外的宇宙中，像銀河這樣的太空巨島還有上萬億個，它們統(tǒng)稱為河外星系。
星團：在銀河系眾多的恒星中，除了以單個的形式，或組成雙星、聚星的形式出現(xiàn)外，也有以更多的星聚集在一起的。星數(shù)超過10顆以上，彼此具有一定聯(lián)系的恒星集團，稱為星團。使這些恒星團結(jié)在一起的是引力。星團的成員多的可達幾十萬顆。它們又可以分成疏散星團和球狀星團兩類。銀河系中遍布著星團，只是不同的地方星團的種類也不同。
星云：星云是一種由星際空間的氣體和塵埃組成的云霧狀天體。星云中的物質(zhì)密度是非常低的。如果拿地球上的標準來衡量，有些地方幾乎就是真空。但星云的體積非常龐大，往往方圓達幾十光年。因此，一般星云比太陽還要重得多。星云的形狀千姿百態(tài)。有的星云形狀很不規(guī)則，呈彌漫狀，沒有明確的邊界，叫彌漫星云；有的星云像一個圓盤，淡淡發(fā)光，很像一個大行星，所以稱為行星狀星云。
星座：相對于星系，星座更具有感性的意味。星座是依據(jù)夜空中所能觀測恒星的聚合形態(tài)而劃分的，劃分的依據(jù)是視覺而不是真實的恒星位置，因而同一星座的恒星往往來自不同的星系，它們從宇宙的不同位置共同發(fā)出的可見光到達地球，就被人為劃分成了星座。
術(shù)語
1、橢圓星系：呈橢圓形，沒有懸臂結(jié)構(gòu)。
其中又分為：E0,E1……E7，數(shù)字越大，星系越扁
2．螺旋星系
（1）核心部分為橢圓形：Sa,Sb,Sc
（2）出現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)：SBa,SBb
（3）透鏡星系：介于E與Sa之間：SO
Irr 1(羅馬數(shù)字）：顏色偏藍
Irr 2（羅馬數(shù)字）：顏色偏黃
4.星系活躍分類
藍星系：即星系中恒星生成十分活躍，充滿了年輕的藍色恒星
紅星系：即星系中恒星生成很緩慢或完全停滯，充滿了年老的紅色恒星
綠谷星系：處于上述兩者之間的的星系，是藍星系向紅星系轉(zhuǎn)變的過程，例如銀河系
銀河系
在沒有燈光干擾的晴朗夜晚，如果天空足夠黑，你可以看到在天空中有一條彌漫的光帶。這條光帶就是我們置身其內(nèi)而側(cè)視銀河系時所看到的它布滿恒星的圓面——銀盤。銀河系內(nèi)有約1000-4000億顆恒星，只是由于距離太遠而無法用肉眼辨認出來。由于星光與星際塵埃氣體混合在一起，因此看起來就
像一條煙霧籠罩著的光帶。銀河系的中心位于射手座附近。銀河系是一個中型恒星系，它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內(nèi)含有大量的星際塵埃和氣體云，聚集成了顏色偏紅的恒星形成區(qū)域，從而不斷地給星系的旋臂補充熾熱的年輕藍星，組成了許多疏散星團或稱銀河星團。已知的這類疏散星團約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈，銀暈中散布著恒星和主要由老年恒星組成的球狀星團。
天鵝-人馬座方向的銀河。
輝煌的銀河系中心（銀核）部分。
輝煌的銀河系中心（銀核）部分II。
織女、牽牛星-天淵三方向的銀河。
天鷹-射手座方向的銀河。
長盾-人馬座方向的銀河。
從我們所處的角度很難確切地知道銀河系的形狀。但隨著近代科技的發(fā)展，探測手段的進步在某種程度上克服了這些障礙，揭示出銀河系具有的某些出人意料的特征。長期以來人們一直以為銀河系是一個典型的旋渦星系，與仙女座星系類似。但最近的觀測卻發(fā)現(xiàn)，它的中央核球稍帶棒形。這意味著銀河系很可能是一種棒旋星系。另外，銀河系是一個比較活躍的星系，銀河有強烈的宇宙射線輻射，在那里恒星以高速圍繞著一個不可見的中心旋轉(zhuǎn)。這表明在銀河系的核心有一個超大質(zhì)量的黑洞。
銀河系有兩個較矮小的鄰居——大麥哲倫云和小麥哲倫星系，它們都屬于不規(guī)則星系。由于引力的作用，銀河系在不斷地從這兩個小星系中吸取塵埃和氣體，使這兩個鄰居中的物質(zhì)越來越少。預計在一百億年里，銀河系將會吞沒這兩個星系中的所有物質(zhì)，這兩個近鄰將不復存在。
河外星系
它們是與銀河系類似的天體系統(tǒng)，距離都超出了銀河系的范圍，因此稱它們?yōu)椤昂油庑窍怠薄Ｏ膳窍稻褪俏挥谙膳囊粋€河外星系。河外星系與銀河系一樣，也是由大量的恒星、星團、星云和星際物質(zhì)組成。我們能觀測到的河外星系有100億個之多。
20世紀20年代，美國天文學家哈勃在仙女座大星云中發(fā)現(xiàn)了一種叫作“造父變星”的天體，從而計算出星云的距離，終于肯定它是銀河系以外的天體系統(tǒng)，稱它們?yōu)椤昂油庑窍怠薄?a href="/hebeideji/701532956840725245.html">河外星系，簡稱為星系，是位于銀河系之外、由幾十億至幾千億顆恒星、星云和星際物質(zhì)組成的 天體系統(tǒng)。之所以稱之為河外星系，是因為他們?nèi)慷即嬖谟阢y河系之外，即所有銀河系之外的所有天體系統(tǒng)被稱為河外星系。而銀河系與河外星系即組成了天文學對于天體的最高稱呼----總星系。銀河系也只是總星系中的一個普通星系。科學研究估算，河外星系包含的天體及天體系統(tǒng)總數(shù)在萬億個以上。因其在宇宙中分布形態(tài)類似遼闊海洋中星羅棋布的島嶼，故被稱為“宇宙島”。宇宙整體可能更為龐大，但受限于其實際大小尚無法確定，目前關(guān)于星系數(shù)量的估算主要針對可觀測宇宙范圍。
關(guān)于河外星系的發(fā)現(xiàn)過程可以追溯到兩百多年前。在當時法國天文學家梅西耶( Messier Charles ) 為星云編制的星表中，編號為M31的星云在天文學史上有著重要的地位。初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座內(nèi)用肉眼找到它——一個模糊的斑點，俗稱仙女座大星云。
從1885年起，人們就在仙女座大星云里陸陸續(xù)續(xù)地發(fā)現(xiàn)了許多新星，從而推斷出仙女座星云不是一團通常的、被動地反射光線的塵埃氣體云，而一定是由許許多多恒星構(gòu)成的系統(tǒng)，而且恒星的數(shù)目一定極大，這樣才有可能在它們中間出現(xiàn)那么多的新星。如果假設(shè)這些新星最亮時候的亮度和在銀河系中找到的其它新星的亮度是一樣的，那么就可以大致推斷出仙女座大星云離我們十分遙遠，遠遠超出了我們已知的銀河系的范圍。但是由于用新星來測定的距離并不很可靠，因此也引起了爭議。
直到1924年，美國天文學家哈勃用當時世界上最大的2.4米口徑的望遠鏡在仙女座大星云的邊緣找到了被稱為" 量天尺"的造父變星，利用造父變星的光變周期和光度的對應(yīng)關(guān)系才定出仙女座星云的準確距離，證明它確實是在銀河系之外，也像銀河系一樣，是一個巨大、獨立的 恒星集團。因此，仙女星云應(yīng)改稱為仙女星系。
從河外星系的發(fā)現(xiàn)，可以反觀我們的銀河系。它僅僅是一個普通的 星系，是萬億星系家族中的一員，是宇宙海洋中的一個小島，是無限宇宙中很小很小的一部分。
星系之最
古老星系
2011年4月12日，歐洲航天局宣布，一個國際天文學研究小組發(fā)現(xiàn)了一個距今135.5億年的星系，這是已知最古老的星系。這一發(fā)現(xiàn)有助于揭開宇宙“黑暗時代”之謎。根據(jù)科學界普遍認可的大爆炸理論，我們的宇宙是137.5億年前由一個非常小的點爆炸形成的。隨著宇宙的膨脹，大爆炸約38萬年后，能量逐漸形成了物質(zhì)，大量氫氣彌散在宇宙中。這時由于沒有新的光源產(chǎn)生，宇宙是黑暗的。盡管此后逐漸有恒星、星系誕生，但他們產(chǎn)生的光仍然很暗，并且被彌散在宇宙中的“氫氣霧”遮掩，直到10億年后，星系越來越多，“氫氣霧”被它們產(chǎn)生的電磁輻射驅(qū)散后，宇宙才開始亮起來。這10億年被稱為宇宙“黑暗時代”。對“黑暗時代”的研究是當今科學前沿課題之一，而發(fā)現(xiàn)和研究在“黑暗時代”誕生的恒星和星系是揭開這一時代奧秘的關(guān)鍵。
2012年1月，由美國科學家牽頭的一個國際天文學研究小組也曾在英國《自然》雜志上宣布，利用哈勃空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)了最古老星系，它誕生于宇宙大爆炸最初的4.8億年，而新發(fā)現(xiàn)的古老星系則誕生于宇宙大爆炸最初的2億年，比前者年長2.8億年。這一星系是由里昂大學里昂天文臺約翰·理查德領(lǐng)導的研究小組發(fā)現(xiàn)的，他們利用美國哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了該星系，然后利用美國夏威夷凱克天文臺的儀器測定了它距地球的距離為128億光年，這說明該星系至少誕生于128億年前。對該星系光譜的進一步研究顯示，該星系中最早的恒星已有7.5億年歷史，研究人員因此斷定該星系誕生于135.5億年前。這一成果發(fā)表在英國《皇家天文學會月刊》上。
最大的星系
在宇宙中，最大的星系是距離地球大約10.7億光年的 阿貝爾2029星系群的中心星系——IC 1101，其直徑為210±10萬光年（包含暈），此星系相當于銀河系直徑的13倍多。
最遠的星系
加州理工學院的幾名天體物理學家發(fā)現(xiàn)了已知的距離地球最遠的星系。這是一個非常小的星系，距離地球的距離為130億光年。這一星系的發(fā)現(xiàn)者之一，天體物理學家理查德·埃利斯表示：“我們非常確信這是已知的距離地球最遠的物體。
這些天體物理學家使用了兩個功率強大的天文望遠鏡，其中一個在太空，另外一個在夏威夷。科學家利用這兩個天文望遠鏡，再利用Abell 2218星系團的重力透鏡作用發(fā)現(xiàn)了來自這一遙遠星系的光線。重力透鏡作用最早是由著名科學家阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的，它指的是在重力的作用下會使光線發(fā)生扭曲，從而產(chǎn)生透鏡的效果。這種效果通常我們完全感覺不到，但是當光線來自于幾十億光年之外時這種作用就非常明顯了。另一位天文物理學家保羅·內(nèi)布表示：“如果沒有重力透鏡作用，利用現(xiàn)有的天文望遠鏡是不可能發(fā)現(xiàn)這么遠的星系的。”
哈佛大學天文物理學科學家羅伯特·科什納表示這一發(fā)現(xiàn)對于天文學研究來說意義重大，他說：“這一發(fā)現(xiàn)證實了科學家們此前很多的猜測，讓人們了解到宇宙中第一顆行星是什么時候才開始發(fā)光的。”科學家們發(fā)現(xiàn)這一新發(fā)現(xiàn)的星系的跨度只有2000光年，比我們的銀河系要小的多，銀河系的直徑達到了10萬光年。
埃利斯指出：“宇宙學家們認為早期星系所包含的恒星同構(gòu)成現(xiàn)在星系的恒星是有很大區(qū)別的，而天體物理學家們則認為黑暗時期以后構(gòu)成星系的恒星大體相同。”黑暗時期指的是137億年前宇宙大爆炸開始到第一顆行星開始發(fā)光的這段時間，還沒有人知道黑暗時期到底持續(xù)了多長時間。
倫敦學院大學尼古拉斯·拉波爾率領(lǐng)的研究小組在近期的《天體物理學雜志》上發(fā)表論文稱，他們捕捉到了132億年前的星系A(chǔ)2744_YD4的形狀，這是至2020年為止發(fā)現(xiàn)的最遠天體。這一成果也意味著，天文學家獲得了研究宇宙最初星系中星體誕生的重要線索。
研究小組利用設(shè)在智利的高感度阿爾瑪天文望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了A2744_YD4星系的塵埃和氧發(fā)出的電波，經(jīng)過詳細分析，計算出該星系距地球為132億光年。根據(jù)檢測出的塵埃總量和天體誕生的情形分析，認為該星系134億年前造星運動活躍。研究小組使用歐洲南方天文臺的大型光學紅外望遠鏡也確認了相同結(jié)果。
根據(jù)觀測結(jié)果，研究小組計算出A2744_YD4的塵埃總量約為太陽的600萬倍，星球總質(zhì)量為太陽的20億倍。同時發(fā)現(xiàn)，該星系每年有相當于20個太陽大小的氣體團形成星球。這意味著，A2744_YD4的行星誕生比銀河系活躍10倍。
最久遠的星系
2022年12月14日，據(jù)參考消息消息，距離地球150萬公里的詹姆斯·韋布空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)了兩個最久遠的星系。這兩個星系中的一個可追溯到大爆炸后約3.5億年，使之成為迄今人類發(fā)現(xiàn)的最久遠的星系。第二個星系約在宇宙誕生后4億年時形成。
星系死亡
在過去的20年內(nèi)，天文學家對宇宙星系展開了研究，發(fā) 現(xiàn)宇宙星系幾乎可分為兩類，一種是含有大量氣體的星系，能夠為恒星形成提供足夠的原材料，內(nèi)部擁有恒星形成區(qū)；另一種星系就是接近死亡的星系，內(nèi)部幾乎沒有足夠的原材料，恒星形成的速率大大降低，有些幾乎沒有新的恒星出現(xiàn)，于是科學家就開始研究準死亡狀態(tài)星系的致死原因。來自英國劍橋大學的天文學家Yingjie Peng稱長達數(shù)十年的研究表明，那些星系是被“勒死”的。
宇宙星系的“死亡”案件被認為是普遍的存在的謀殺案，科學家在過去數(shù)十年內(nèi)雖然觀測到星系內(nèi)恒星形成速率降低，但不能確定什么機制扼殺了恒星形成，于是這個謎底就變成20年來最具挑戰(zhàn)的難題了。科學家提出了兩個途徑來解釋星系中恒星形成速率降低的問題，一種解釋是新生恒星被逐漸“扼殺”，恒星形成所需要的氣體物質(zhì)逐漸減少，原因來自星系內(nèi)部，比如黑洞。另一個解釋是其他星系的引力對另一個星系產(chǎn)生作用，導致后者氣體被剝離，無法形成新恒星。
為了驗證這個猜想，科學家對銀河系附近大約2.6萬個星系進行觀測，發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)星系死亡都有類似的共同點，那就是窒息，科學家認為這是第一個確鑿的證據(jù)顯示星系是被勒死的。由于恒星主要由氫和氦構(gòu)成，于是科學家將注意力放在尋找金屬濃度上，因為恒星通過核聚變可產(chǎn)生多種金屬元素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)死亡星系內(nèi)擁有大量的金屬元素，這一結(jié)論與星系被絞殺的過程相一致。
計算機模型表面，絞殺一個星系需要40億年才能熄滅恒星形成，幾乎可適用于95%以上的星系演化。但對于一些質(zhì)量較大的星系，科學家還沒有足夠的證據(jù)揭示它們的死亡原因。隨著美國航空航天局詹姆斯·韋伯空間望遠鏡在2018年升空，我們將通過多目標光學儀與近紅外光譜觀測宇宙星系，找出它們的死亡原因。本項研究發(fā)表在5月14日出版的Nature雜志上。
還有一些星系分類方法：德沃古勒分類系統(tǒng)、葉凱士分類系統(tǒng)和范登伯分類系統(tǒng)是在哈勃分類法的基礎(chǔ)上進行了發(fā)展和細化，利用了光的中心聚集度或光度級等作為星系形態(tài)分類的參數(shù)。有一些學者提出了非模型化分類系統(tǒng)，給出了若干個可以直接測量星系形態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù),如：聚集度指數(shù)C、非對稱指數(shù)A、簇聚指數(shù)S、基尼系數(shù)G及矩指數(shù)M20。這些參數(shù)可以反映星系的形成歷史、恒星形成、與其他星系的相互作用、已經(jīng)發(fā)生或正在進行的并合活動等。
研究發(fā)現(xiàn)
2022年10月消息，據(jù)最新一期《天體物理學雜志通訊》刊發(fā)的論文，美國航空航天局（NASA）的超級太空望遠鏡詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）拍到了宇宙第一批恒星，距離地球90億光年，在大爆炸后30億年恒星形成的高峰期誕生。韋伯拍攝的首批壯觀圖像之一捕捉到了宇宙最早的星系，早期的分析已經(jīng)鎖定了其中一個距離地球90億光年的星系，并顯示它閃爍著一些已知的最古老的星系團，可以追溯到大爆炸后不久。
加拿大和印度的研究人員在印度的一個巨型望遠鏡的幫助下，捕捉到來自距離地球近90億光年、名為“SDSSJ0826+5630 ”的星系的無線電信號。
參考資料 >
『科學大百科』系列●◇ | 天文篇~宇宙星系. 六安市科技館.2024-01-27
星系.中國大百科全書.2024-01-27
星系2.中國大百科全書.2024-01-27
星系團.中國大百科全書.2024-01-27
天文學家發(fā)現(xiàn)異常明亮星系 相當于100萬億個太陽.環(huán)球網(wǎng).2016-03-25
美媒：最早星系堪稱宇宙怪胎.今日頭條-參考消息.2022-12-15
韋伯拍到90億光年外宇宙第一批恒星，大爆炸后30億年形成.今日頭條.2022-10-03
印度巨型望遠鏡首次收到近90億光年外星系發(fā)出的無線電信號.今日頭條-南方都市報.2023-01-24