星系，别称宇宙岛，源于希腊语的“γαλαξίας” (galaxias)，指数量巨大的恒星系及星际尘埃组成的运行系统。星系是构成宇宙的基本单位。参考银河系，它是一个包含恒星、气体、宇宙尘埃和暗物质，并且受到重力束缚的大星系。
在可观测宇宙中，星系的总数可能达到一千亿个（1011）以上。 [1]大部分星系直径介于1,000至10,0000秒差距，彼此之间距离则是百万秒差距的数量级。 [2]星系际空间（存在于星系之间的空间）充满了极稀薄的等离子，平均密度小于每立方米一个原子。多数的星系会组织成更大的集团，成为星系群或团，而星系群又会聚集成更大的超星系团。这些更大的集团通常被称为大尺度纤维结构，分布于宇宙中巨大的空洞周围。
- 中文名
- 星系
- 外文名
- Galaxy
- 别 名
- 宇宙岛
- 拼 音
- xīng xì
- 类 型
- 螺旋星系，棒旋星系，透镜状星系，椭圆星系，不规则星系
位于后发座的NGC 4414是一个典型的漩涡星系。星系大小差异很大。椭圆星系直径在3300光年到49万光年之间；漩涡星系直径在1.6万光年到16万光年之间；不规则星系直径大约在6500光年到2.9万光年之间。
星系的质量一般在太阳质量的100万到1兆倍之间。
星系内部的恒星在运动，而星系本身也在自转，整个星系也在空间运动。传统上，天文学家认为星系的自转，顺时针方向和逆时针方向的比率是相同的。但是根据一个星系分类的分布式参与项目星系动物园的观察结果，逆时针旋转的星系更多一些。
历史上，星系是依据它们的形状分类的（通常指它们视觉上的形状）。最普通的是椭圆星系：它们有着椭圆形状的明亮外观；漩涡星系是圆盘的形状加上弯曲的旋涡臂；不规则星系，通常都是受到邻近的其它星系影响的结果。邻近星系间的交互作用，也许会导致星系的合并，或是造成恒星大量的产生，成为所谓的星爆星系 [3]。缺乏有条理结构的小星系则会被称为不规则星系。 [4]
虽然人类目前对暗物质的了解很少，但在大部分的星系中它都占有大约90%的质量。观测的数据显示超大质量黑洞存在于绝大多数星系的核心，它们被认为是活动星系核的主因。银河系——地球和太阳系所在的星系——在核心中至少也有一个这样的星体（人马座A*）。
在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。星球的绕转形式有两种：一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动，如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动；二是两颗或更多颗星球围绕共同质心相互转动。绝大多数星系属于前者。
几乎没有星系是单独存在的，许多星系和一定数量的星系之间有重力的束缚。包含有50个左右星系的集团叫做星系群，更大的包含数千个星系，横跨数百万秒差距空间的叫做星系集团。星系集团通常由一个巨大的椭圆星系统治着，他的潮汐力会摧毁邻近的卫星星系，并将质量加入星系中。超星系集团是巨大的集合体，拥有数万个星系，其中有星系群、星系集团和一些孤单的星系；在超星系集团尺度，星系会排列成薄片状和细丝，环绕着巨大的空洞。在上述的尺度中，宇宙呈现出各向同性和均质。 [5]
拉尼亚凯亚超星系团是已知的最大的宇宙结构。星系在宇宙中呈网状分布。从大尺度看，星系包围着一个个像气泡一样的空白区域，在整体上形成类似蜘蛛网或神经网络的结构，称之为宇宙大尺度分布。 [9]
车轮星系，它是两个星系正面相撞而形成的。
宇宙微波背景辐射，通常被认为是宇宙大爆炸的余辉。
宇宙大爆炸图示。原星系的质量变得越大，它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状；其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后，便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起，就像地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。 [13]
参见词条：宇宙大爆炸
世界上第一台望远镜，由伽利略于1609年制成。2023年4月4日，一个国际天文学家团队在出版的《自然·天文学》杂志上刊发两篇论文指出，他们利用詹姆斯·韦布空间望远镜，发现了4个迄今已知最古老的星系，其中一个星系形成于宇宙大爆炸后3.2亿年，当时宇宙仍处于婴儿阶段。 [48]
1845年的漩涡星系素描图。1906年，荷兰天文学家卡普坦提出“选区计划”，重新研究银河系的结构。他得到的银河系模型与赫歇尔类似：太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。
1918年，沙普利提出，银河系是一个透镜状的恒星系统，其中心位于人马座方向，而不是太阳系。后来的观测逐渐证明，沙普利的模型较为接近真实的银河系，因而被沿用至今。 [16]
在1944年，亨德力克·赫尔斯特预言氢原子会辐射出21公分波长的微波，结果在1951年发现来自星际氢原子的辐射线。 [18]这条辐射线允许对星系做更深入的研究，因为它不会被星际尘埃吸收，并且来自它的都卜勒位移能够映像出星系内气体的运动。由此科学家可以分辨出在星系中心的棒状结构，配合无线电望远镜，在其它星系内的氢原子也能被追踪到。在1970年，维拉·鲁宾的研究发现星系可见的总质量(恒星和气体)不能适当的说明星系中气体的转动速度。如今未能观察到的大量暗物质已经用于解释星系自转问题。 [19-20]
从1990年代开始，哈勃太空望远镜提高了观测的效益，尤其是它确认了神秘的暗物质不可能是在星系中的暗弱小天体。哈勃深场，是对天空的一个区域进行极长时间的曝光。 [21]它提供了宇宙中可能有多达1,750亿个星系的可能证据。在不可见光的光谱侦测技术上的改进(无线电望远镜、红外线摄影机、X射线望远镜)，让人类可以见到连哈勃太空望远镜也看不见的其它星系。特别是对天空中隐匿带（天空中被银河系遮蔽的部分）的星系巡天，揭露了相当数量的新星系。 [1] [22]
右边这张“哈勃”超深场照片，显示的是天炉座的一小部分天区，拍摄于2003年9月24日至2004年1月16日，累计曝光时间11.3天，是迄今人类获得的最深远的宇宙影像。照片中显示的是130多亿年前的宇宙，其中有近10000个星系，年龄在4~8亿年间。 [23]
哈勃根据椭圆星系椭率的估计进行分类，从E0，接近圆形的星系，到E7，非常瘦长的星系。这些星系，不论视线的角度是如何，都有着椭圆形的外观。它们看似没有任何的结构，而且相对来说星际物质的成分也很少。通常这些星系会有少量的疏散星团和少量新形成的恒星，更多的的是老年的，与以各种不同方向环绕星系的中心旋转的已经成熟的恒星为主。它们的一些性质类似较小的的球状星团。 [25]
NGC 4552，E0型椭圆星系。E1型NGC4486，位于室女座；
E4型NGC4479，位于室女座；
漩涡星系(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)具有旋涡结构的河外星系称为旋涡星系，在哈勃的星系分类中用S代表。螺旋星系的螺旋形状，最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现的。螺旋星系的中心区域为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核球两端延伸出若干条螺线状旋臂，叠加在星系盘上。螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种。正常漩涡星系又分为 a、b、c三种次型：Sa型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂；Sb型中心区较小，旋臂较大并较开展；Sc型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、电离氢区外，同时还有大量的尘埃和气体分布在星系盘上。从侧面看在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。
旋涡星系典型的例子：M101风车星系漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，叫做星系晕。其中主要是星族Ⅱ天体，典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球状星团，它们随机地散布在星系盘周围空间。再往外可能还有更稀疏的气体球，称为星系晕。漩涡星系的质量为十亿到一万亿个太阳质量，对应的光度是绝对星等-15~-21等。直径范围是5~50Kpc。Sa型星系的总光谱型为K，Sb型为F~K, Sc型为A~F。产生总光谱的主要天体既有高光度早型星，又有高光度晚型星。星族Ⅰ天体组成星系盘和旋臂，星族Ⅱ天体主要构成星系核、星系晕和星系冕。 [25]
一些漩涡星系如下：
Sb型NGC3627，位于狮子座；
SBb型NGC3351，位于狮子座；
棒旋星系(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)是中心呈长棒形状的漩涡形星系。棒旋形星系的中心是棒形状，棒的两边有旋形的臂向外伸展。大约三分之二的漩涡星系是棒旋星系。棒通常会影响在棒旋星系里的恒星与星际气体的运动，它也会影响旋臂。棒旋星系的旋臂则看似由短棒的末端涌现。而在普通的螺旋星系，恒星都是由核心直接涌出的；在星系分类法以符号SB表示。 [25]
一些棒旋星系如下：
SBc型M58，位于室女座；
SBb型M91，位于后发座；
SBb型M95，位于狮子座。
矮星系是由数十亿颗恒星组成的比较小的星系。许多矮星系可能都会环绕着单独的大星系运转，银河系至少就有一些这样的矮星系。在本星系群也有许多的矮星系：这些小星系多数都以轨道环绕着大星系，像是银河系、仙女座星系、和三角座星系。
一些矮星系如下：
大麦哲伦星系，位于剑鱼座与山案座交界处；
小麦哲伦星系，位于杜鹃座；
中间光点右侧蓝线为M87星云的巨大喷流。以X射线的形式，辐射出高能量的星系被分类为赛弗特星系 [30]、类星体、或蝎虎座BL类星体 [31]。从由核心喷发出的相对喷流发射出无线电频率的活跃星系被分类为无线电星系。在统一场论的星系模型中，这些不同类的星系被解释为从不同角度观察所得到的结果。 [32-36]
参见词条：活动星系核
NGC1427A：不规则星系的例子。按照星系之间是否有隶属关系，将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。在宇宙空间中独立运行，它没有环绕中心体旋转，这样的星系叫做独立星系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转，地月星系绕太阳运转，这样的星系叫做从属星系。
按照中心星是否旋转，划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。
按照星系所在的空间位置，划分为系内星系和宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系；凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系。
按照星系形成的年龄，划分为年老星系和年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系，年老的星系大都已演化成为比较规则的星系；在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久，这样的星系叫做年轻的星系，年轻的星系大都呈不规则状态。
大麦哲伦星系，银河系的伴星系之一。还有一些星系分类方法：德沃古勒分类系统、叶凯士分类系统和范登伯分类系统是在哈勃分类法的基础上进行了发展和细化，利用了光的中心聚集度或光度级等作为星系形态分类的参数。有一些学者提出了非模型化分类系统，给出了若干个可以直接测量星系形态的结构参数,如：聚集度指数C、非对称指数A、簇聚指数S、基尼系数G及矩指数M20。这些参数可以反映星系的形成历史、恒星形成、与其他星系的相互作用、已经发生或正在进行的并合活动等。 [38]
欧洲南方天文台拍摄的360度全景的银河系图。
艺术家想象的银河系，可以看出清楚的棒状核心。银河系是本星系群第二大的星系，恒星盘面的直径大约100,000光年，平均厚度大约1,000光年。荡漾在银河平坦的盘面上下方，像环状细丝包围环绕着银河系的恒星，可能都属于银河系的本身。如果是这样，这意味着银河系的直径在 150,000～180,000光年。 [44]
参见词条：银河系
M31，仙女座大星系。它是少数正在靠近银河系的星系之一。关于河外星系的发现过程可以追溯到两百多年前。在当时法国天文学家梅西耶( Messier Charles ) 为星云编制的星表中，编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点，俗称仙女座大星云。
从1885年起，人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星，从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云，而一定是由许许多多恒星构成的系统，而且恒星的数目一定极大，这样才有可能在它们中间出现那么多的变星。如果假设这些变星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它变星的亮度是一样的，那么就可以大致推断出仙女座大星云离地球十分遥远，远远超出了已知的银河系的范围。但是由于用变星来测定的距离并不是很可靠，因此也引起了争议。
直到1924年，美国天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为"量天尺"的造父变星，利用造父变星的光变周期和光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离，证明它确实是在银河系之外，也像银河系一样，是一个巨大、独立的恒星集团。
2012年1月，由美国科学家牵头的一个国际天文学研究小组也曾在英国《自然》杂志上宣布，利用哈勃太空望远镜发现了最古老星系，它诞生于宇宙大爆炸最初的4.8亿年，而新发现的古老星系则诞生于宇宙大爆炸最初的2亿年，比前者年长2.8亿年。这一星系是由法国里昂大学里昂天文台约翰·理查德领导的研究小组发现的，他们利用美国哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜发现了该星系，然后利用美国夏威夷凯克天文台的仪器测定了它距地球的距离为128亿光年，这说明该星系至少诞生于128亿年前。对该星系光谱的进一步研究显示，该星系中最早的恒星已有7.5亿年历史，研究人员因此断定该星系诞生于135.5亿年前。这一成果发表在英国《皇家天文学会月刊》上。 [46]
伦敦学院大学尼古拉斯·拉波尔率领的研究小组在近期的《天体物理学杂志》上发表论文称，他们捕捉到了132亿年前的星系A2744_YD4的形状，这是至2020年为止发现的最远天体。这一成果也意味着，天文学家获得了研究宇宙最初星系中星体诞生的重要线索。
研究小组利用设在智利的高感度阿尔玛天文望远镜，发现了A2744_YD4星系的尘埃和氧发出的电波，经过详细分析，计算出该星系距地球为132亿光年。根据检测出的尘埃总量和天体诞生的情形分析，认为该星系134亿年前造星运动活跃。研究小组使用欧洲南方天文台的大型光学红外望远镜也确认了相同结果。
根据观测结果，研究小组计算出A2744_YD4的尘埃总量约为太阳的600万倍，星球总质量为太阳的20亿倍。同时发现，该星系每年有相当于20个太阳大小的气体团形成星球。这意味着，A2744_YD4的行星诞生比银河系活跃10倍。 [47]
