「 星系 」 这个词在英语中的词源来自希腊语,意思是满天繁星。星系从广义来说指的是由无数恒星系和星际物质组成的运行系统。就像我们身处的银河系一样,包含约 1000 亿颗恒星,数不清的星际物质、宇宙尘埃和暗物质,并且受到重力的束缚,围绕着银河系的核心缓慢旋转。星系在旋转时有两种方式,一种是众多质量小的星球围绕着一个质量巨大的核心运行,还有一种是星球之间具有一个共同的质心,星球们围绕着这个质心转动。宇宙中的多数星系都是以第一种方式运行的。
星系的种类有很多,矮星系中只有几千万颗恒星,椭圆星系则可能有成兆颗恒星。但是它们的共同点是都具有一个质量核心,并且绕着它进行运转。一个星系中通常不但包含单独的恒星和星际物质,还包含数量众多的双星乃至多星系统,以及星团和星云。
在星系之间的广大区域,是极其稀薄的等离子体。这些等离子体具有宇宙的纤维状结构,并且比宇宙的平均密度要高。我们将这样的物质称作星系际介质。这些介质通常是氢元素发生电离后形成的,含有等量的电子和质子。星系际介质的密度通常能够达到宇宙平均密度的 10~100 倍,在一些富星系团内能够达到平均密度的 1000 倍以上。
在人类能够观测到的宇宙范围内,拥有超过 1000 亿个星系。这些星系能够形成庞大的星系群或者星系团,这些星系团又会形成更大的超星系团。从远处看它们像纤维状的薄片一样,在宇宙中围绕着某个巨大的空洞旋转。
星系中还存在着许多暗物质。虽然我们对暗物质还没有深 入 的了解,但是能够推算出在很多星系中这些暗物质所占的质量都超过 90% 。同时,根据我们的观测,大多数星系的核心都有一个超大质量的黑洞,这些黑洞能够解释为什么有些星系的核心非常活跃。我们太阳系所在的银河系,也具有一个隐藏着的黑洞核心。
星系的大小往往具有很大的差距。小型的不规则星系通常直径在 6500 光年到 2.9 万光年之间。银河系这样的漩涡星系的直径通常在 1.6 万光年至 16 万光年之间。椭圆星系的体形较大,最大的椭圆星系的直径能够达到 49 万光年。星系中拥有数干亿颗恒星,具有的质量相当于太阳质量的 100 倍至 1 万亿倍。星系内部的恒星进行运动,星系本身围绕核心自转,星系作为一个系统在宇宙中也进行运动。星系在宇宙微波背景上具有红移现象,这就说明在空间方向上这些星系是在逐渐远离我们的。这个现象从一个角度上证明了宇宙大爆炸理论,也能说明宇宙正在膨胀。
从大尺度上来说,星系是基本均匀的。但是从更小的尺度上来看,星系内部十分不均匀。大麦哲伦星系与小麦哲伦星系组成了双重星系,这个系统与银河系一起又形成了一个三重星系。
很少有星系在宇宙中是单独存在的,通常来说星系都被看作视场星系。很多星系和其他星系之间存在着重力的相互作用。如果有 50 个左右的星系在一起形成一个群落,这样的星系群落就被称为星系群。规模更大、包含星系更多的群落则被称为星系集团。这样的集团通常以一个巨大的椭圆星系作为核心。这个星系的巨大引力会将邻近的星系撕碎,加 入 自己的星系中。在更大的尺度上,还存在着超星系集团,其中包含数万个星系、星系群和星系集团。在这个尺度上,星系仿佛一个薄片,在各个方向都呈现出同性和均质。
星系的形成和演化说法不一,关于星系的形成有两种不同的理论。其中一种理论认为,星系是和宇宙一起诞生的,始于 137 亿年前的宇宙大爆炸 , 宇宙中最古老的星系应该形成于爆炸发生后的。还有一种理论认为,星系是由宇宙尘埃的结合形成的。该理论认为,宇宙本来具有很多球状星团,这些星团发生碰撞并毁灭,留下了很多宇宙尘埃,这些尘埃经过漫长的岁月,就形成了星系。
在宇宙中,星系的分布呈现出网状。从更大的尺度上来看,星系的中央是类似气泡的空白区,整体上形成的是类似神经网络一样的结构,这就是宇宙的大尺度分布。人类所在的银河系,是一个星系群中的一分子。这个星系群的规模不大,其中最大的两个星系分别是银河系和仙女座星系 , 星系群中的其他矮星系是这两个大星系的卫星星系。