Звездните системи, подобни на Млечния път, се наричат галактики. Те са основните структурни елементи на Вселената. Както и нашата Галактика, другите галактики се състоят главно от звезди, но включват и прахообразна и газова компонента.
Най-близките до Млечния път неголеми галактики са Големият и Малкият Магеланов облак. Те са на разстояние около 50 kpc. Най-близката гигантска галактика е в съзвездието Андромеда. Тя е на разстояние около 0,7 Mpc. Съставени са каталози, включващи сведения за десетки хиляди галактики. Най-ярките галактики се означават с M (от Месие, откривател на комети, съставил през 1781 г. първия списък на галактики, купове и мъглявини). Галактиката в Андромеда се означава като M31.
Галактиката заедно с двата Магеланови облака образува тройна система, а M 31 с още 5 по-малки галактики - система от 6 галактики. Тези две системи с още двадесетина галактики образуват Локалната система галактики, която има радиус около 1 Mpc. Само галактиките, принадлежащи на Локалната система, с най-големите днес телескопи могат да бъдат разложени на отделни звезди. За по-отдалечените галактики това е невъзможно. Изобщо информацията за галактиките рязко намалява с увеличаване на разстоянието. Най-далечните наблюдаеми галактики са намират на разстояние около 1010 pc, което определя радиуса на наблюдаемата Вселена. С увеличаване на размерите на телескопите се увеличава и радиусът на наблюдаемата Вселена.
Класификация на галактиките
По-голямата част от галактиките могат да бъдат класифицирани като спирални, елиптични и неправилни.
Спиралните галактики са звездни системи с различна спирална структура - от едва развити спирали и голямо ядро (ранни спиралИ) до добре развита спирална структура (понякога с няколко разклонения) и малки ядра - късни спирали. Нашата Галактика, както и M31 принадлежат към по-късните спирали. В зависимост от положението и ориентацията на спиралните галактики ние ги наблюдаваме или откъм екваториалната им равнина - тогава спиралите са неразличими поради съществуването на тъмните облаци, разположени в екваториалната им равнина, или откъм техните полюси - и тогава спиралната им структура е най-ясно видима.
Елиптичните галактики имат форма на елипса с различна сплеснатост и почти не притежават структурни особености. Спътниците на М 31 са елиптични галактики.
Неправилните галактики, както показва названието им, притежават неправилна форма. Такива са Магелановите облаци.
Наблюденията показват, че броят на спиралните галактики е най-голям. Това се дължи на факта, че те са абсолютно по-ярки от другите галактики и следователно могат да се наблюдават и на огромни разстояния. В действителност тяхната пространествена плътност е по-малка от тази на елиптичните галактики.
Галактиките, които не могат да се класифицират като спирални, елиптични или неправилни, се наричат пекулярни (особени) галактики. Такива са например така наречените взаимодействащи галактики. Това са системи от две до десетина галактики, които притежават изкривени или напълно разрушени структурни форми, тъй като са си въздействали една на друга. Те са изучени подробно. Взаимодействащите галактики са ключ към решаване на въпроса за произхода на галактиките.
Разстояние до галактиките
Една от най-важните величини при изучаването на всички космически обекти е разстоянието до тях. Особено значение имат разстоянията до галактиките, защото те определят структурата на Вселената. Пряко тригонометрично определяне на разстоянията до галактиките е невъзможно и затова се използват само косвени методи. Това е причина разстоянията до отделните галактики да се получат твърде приблизително.
Основният метод за определяне на разстоянията до галактиките е по цефеидите. Между абсолютната звездна величина (светимостта) и периода на цефеидите съществува връзка - колкото е по-висока светимостта, толкова е по-дълъг периодът. Тази връзка се определя за звезди от нашата Галактика. Следователно като оценят техните видими звездни величини, веднага се получават абсолютните им звездни величини или разстоянията, за които се приема, че са равни на разстоянията изобщо до целите галактики. Този метод е точен, но е приложим само за най-близките галактики.
Що се отнася до по-далечните галактики, използват се методи, основани върху предположението, че някои звезди или звездни купове имат една и съща светимост във всички галактики. Съответно се прилагат методи на новите и свръхнови звезди, на най-ярките звезди, на звездните купове и т.н. С успех се прилагат и радиоастрономическите методи. За още по-отдалечените галактики по аналогичен начин се прилагат някои техни интегрални характеристики.
Червено преместване. Закон на Хъбъл
Законът е формулиран от Едуин хъбъл през 1929 г. ,който установил червено отместване в спектрите на наблюдаемите галактики. Според него това червено отместване е Доплеров ефект и той прави извода, че всички галактики се отдалечават. Законът на Хъбъл се счита за факт и е ключов в теорията за големия взрив.
Физически характеристики на галактиките
За да бъдат определени физическите свойства на галактиките, се използват спектрални, фотометрични и радиоастрономични наблюдения, тоест всичките възможни астрономически наблюдения. Линейните размери на галактиктие се определят от ъгловите, като се познава разстоянието. Гигантските галактики иамт диаметър около 40 kpc, а галактиките джуджета - само 5-6 kpc.
Светимостите на галактиките се определят от видимата звездна величина m и разстоянието R (в pc) по M=m+5-5lgR. Средната абсолютна звездна величина на галактиките е около -19m,7, което отговаря на светимост около 1010L при L=4*1026W. Гигантските галактики притежават М=-22m, а галактиките джуджета - около 14m.
Въртенето на галактиките се определя от спектрални наблюдения. Галактиките, с изключение на ядрата, не се въртят като идеални твърди тела. Ъгловта скорост намалява с увеличаване на разстоянието от центъра на галактиката. Периодите на въртене са от 106 до 108 години.
Масите на галактиките се получават най-точно за двойните галактики и по-малко уверено при единичните галактики. Джуджетата имат маси около 108 M, а галактиките гиганти до 1013М. Средната маса на галактиките е около 1011М, или 2*1041 кг.
Ядра на галактиките
Централните сгъстявания (ядрата) на галактиките, които са почти сферични, имат особено значение за еволюцията на галактиките, на което обърна внимание известният съветски астроном В. Амбариумян. При някои галактики, наречени нестационарни, в ядрата се зараждат взривоподобни процеси. Наблюдавани са последствията от гигантски взривове в някои галактики. Нестационарните процеси в ядрата на галактиките (активност на ядрата) са изучени от В. Амбарцумян. При пекулярните галактики нестационарните процеси в ядрата напълно определят еволюцията на целите галактики.
Радиогалактики
По-голямта част от галакттиките имат радиоизлъчване, което представлява нищожна (хилядна или десетохилядна) част от оптичното излъчване. Те се наричат нормални галактики. Неголяма част от галактиките притежават радиоизлъчване, сравнимо по мощност с оптическото. Те се наричат радиогалактики. Радиогалактиките се отъждествяват най-често с ярки гигантски елиптични галактики с М=21m.
Обикновено областта, от която идва радиоизлъчването, е с по-голям ъглов диаметър от отпически отъждествената галактика, като при това е двойна, симетрична спрямо отпичната. Източници на радиоизлъчването са два облака от релативистични електрони, подобни на тези, образувани след взривни процеси в галактиката. Релативистичните електрони се забавят от магнитното поле, при което излъчват в радиодиапазона. Подобно излъчване се нарича синхротронно.
Квазари
През 1963 г. беше направено удивително астрономическо откритие. Оказа се, че някои радиоизточници се отъждествяват с оптични обекти, имащи нищожни ъглови размери. Това са така наречените квазари. От червените премествания на тези обекти бяха определени разстоянията до тях. Най-близкият квазар е 3C 273. Той е на разстояние около 474 Mpc (това се равнява на около 1,5*109 светлинни години). Този квазар в оптичния диапазон е сто пъти по-светъл и от най-светлите елиптични галактики. По-голямата част от квазарите са двойни или изобщо кратни обекти. Техните линейни размери във всички случаи са по-малки от 100 pc. Всички квазари променят своя блясък както в оптическия, така и в радиодиапазона.
Квазарите притежават някаква родствена връзка с галактиките, по-специално с радиогалактиките, но тя не е известна. Наблюдавани са и квазари, които не притежават мощно радиоизлъчване - това са така наречените квазизвездни галактики. Предлагани са много хипотези за природата на квазарите, но досега не е разработена хпотеза, която да е в състояние да обясни всички техни наблюдавани свойства.
Купове от галактики
Голяма част от галактиките съществуват като двойни, тройни и т.н. системи, а също и групи до 20-30 галактики, аналогично на Локалната система. По-големи комплекси от галактики, съдържащи от десетки до хиляди галактики, се наричат купове от галактики, ако те са физически свързани. Съществуват предположения, че някои от куповете галактики са разлитащи се системи - тоест гравитационните сили не са в състояние да задържат отделните галактики и затова тези купове се разпадат.
Нашата Локална система е разположена в огромен куп от галактики, наброяващ десетки хиляди галактики. Той се нарича Локален свръхкуп от галактики. Центърът му е в посока на съзвездието Девица и нашата Галактика и не разстояние около 15 Mpc от него. Засега не е установено дали съществуват и други подобни образувания. Ако те съществуват, може да се говори за йерархическа структура на Вселената:
- звездите се групурат в галактики - купове от нулев ред
- галактиките се групират в купове - купове от първи ред
- купове от първи ред се групират в купове от втори ред и така нататък