28: 星系的演变和分布
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像我们的银河系这样的星系是如何以及何时形成的？ 哪个最先形成：恒星还是星系？ 我们能看到星系在其生命周期中所经历的变化的直接证据吗？ 如果是这样，是什么决定了星系会 “长大” 为螺旋星系还是椭圆星系？ 那么 “自然与养育” 的作用是什么？ 也就是说，一个星系的发展在多大程度上取决于它诞生时的样子，在多大程度上受到环境的影响？
今天的天文学家拥有探索宇宙所需的工具，几乎可以追溯到宇宙开始的时候。 过去几十年建造的巨型新望远镜和灵敏探测器使获得距离如此遥远的星系的图像和光谱成为可能，以至于它们的光线已经传播到我们身上超过130亿年，距离宇宙大爆炸的90％以上：我们可以使用有限的光速和宇宙的巨大面积作为宇宙时光机器，可以回顾并观察星系是如何随着时间的推移形成和演变的。 研究如此遥远的星系的任何细节始终是一项重大挑战，这主要是因为它们的距离使它们显得非常微弱。 但是，当今在地面和太空中的大型望远镜终于使这样的任务成为可能。
- 28.1: 遥远星系观测
- 当我们观察遥远的星系时，我们是在时光倒流。 我们现在看到的星系与宇宙大约有5亿年历史时的样子一样，只有现在的5％左右。 现在的宇宙已经有138亿年的历史了。 星系的颜色表明了居住在星系中的恒星的年龄。 蓝色星系必须包含许多炙手可热、巨大、年轻的恒星。 仅包含旧恒星的星系往往呈淡黄红色。
- 28.2: 星系合并和活跃银河核
- 当大小相当的星系碰撞合并时，我们称之为合并，但是当一个小星系被一个大得多的星系吞没时，我们使用银河自相残杀一词。 碰撞在星系的演变中起着重要作用。 如果碰撞涉及至少一个富含星际物质的星系，则由此产生的气体压缩将导致恒星形成的爆发，从而形成星爆星系。 在宇宙还很年轻的时候，合并更为普遍。
- 28.3: 太空中星系的分布
- 不同方向的星系数量表明，大规模的宇宙是同质和各向同性的（除了随着时间的推移而发生进化变化外，到处都是一样的，所有方向都一样）。 各地宇宙的相同性被称为宇宙学原理。 星系以星团的形式组合在一起。 银河系是 Local Group 的成员，该组包含至少 54 个成员星系。
- 28.4: 暗物质的挑战
- 根据天文学家所能探测到的所有发光物质（恒星、气体和尘埃）的重力，恒星在围绕星系中心的轨道上移动的速度要快得多。 这种差异意味着星系和星系团由暗物质而不是普通的发光物质主导。 来自巨大星系团的引力透镜和X射线辐射证实了暗物质的存在。
- 28.5: 宇宙中星系和结构的形成和演变
- 最初，宇宙中的发光和暗物质分布几乎是均匀的，但不是很均匀。 星系形成理论面临的挑战是展示这种 “不太平滑” 的物质分布是如何形成我们今天所看到的结构（星系和星系团）的。 星系和空隙的丝状分布很可能是在恒星和星系开始形成之前就建立起来的。
缩略图：星系的碰撞和合并会强烈影响它们的演变。 这张照片显示了哈勃太空望远镜拍摄的这两个星系的内部区域。 双星系的核心是图像中心左下角和右上角的橙色斑点。 注意明亮区域前面有灰尘穿越的黑暗车道。 亮粉色和蓝色的星团是碰撞刺激下恒星形成的爆发的结果。 （信用权：美国宇航局、欧空局和哈勃遗产团队（STSCI/AURA）-ESA/Hubble Collaboration对作品的修改）。