改编自《星系：宇宙地图》，作者詹姆斯·吉奇。由 Reaktion Books 出版社于 2014 年 11 月出版。经出版商许可使用。
在 1995 年末的一周里，哈勃太空望远镜凝视着一小块看似空旷的天空，这片区域的大小不超过手臂伸直时书中页面上句号的视大小。这片天空位于银河系平面之外，没有恒星、气体和尘埃，这些物质可能会遮挡来自遥远星系的光线，这为哈勃提供了一个机会，可以对宇宙进行非常深入的观测。
这次为期一周的曝光被称为哈勃深场，它揭示了数千个星系密集地挤在那片微小的“空旷”区域中。大多数星系都非常遥远，它们的光线几乎花了 100 亿年才到达我们这里。哈勃望远镜凝视着遥远的距离，设法窥视了整个可见宇宙。将哈勃深场中星系的数字推算到整个天空，我们清楚地认识到，我们的星系只是数千亿个星系中的一个。
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但是，星系究竟是什么？是什么产生了我们今天看到的如此丰富的多样性，又是什么过程塑造了它们的命运？我在我的新书《星系：宇宙地图》中探讨了这些问题。
从低质量的“矮”星系系统到雄伟的、结构复杂的旋涡星系，再到古老椭圆星系的大质量星系团，我们今天看到的所有星系都是一个近 140 亿年过程的产物，这个过程始于大爆炸后不久。原始宇宙中物质密度的细微波动通过引力吸引了更多的气体和暗物质，成为所有星系生长的种子。了解这些不同的星系是如何形成的，是星系演化领域的核心目标。
我们知道，椭圆星系是宇宙中最古老、质量最大的星系。它们在大爆炸后仅几十亿年就形成了它们的大部分恒星，并且它们倾向于位于巨大的星系团中：数百或数千个独立星系的集合，在共同的引力势中运动，就像蜂巢周围的蜜蜂一样。它们几乎不含或不含气体，这意味着不再形成新的恒星。它们的古老恒星不在星系的盘状结构中轨道运行，而是在围绕中心枢纽的随机轨迹上运行，这种随机性赋予了椭圆星系其特征性的、略微球形的形状。
旋涡星系——像我们银河系这样的星系——比椭圆星系更常见。它们像旋转的盘子一样旋转，呈盘状，旋臂从中心凸起处发出。凸起包含相对古老的恒星，但星盘富含氢气，氢气凝结成巨大的云团，形成新的恒星。旋臂上点缀着明亮的蓝色星团和与活跃恒星形成地点相关的红色电离氢区域。
有时，旋涡星系会在壮观的合并中碰撞，被引力吸引在一起。这个过程会消耗旋转星系的角动量，导致气体坍缩到星系中心，并引发强烈的恒星形成爆发。合并在星系演化过程中非常重要，在局部宇宙中，大多数恒星形成最剧烈的星系都是合并系统。这些系统的命运是最终演变成椭圆星系。
在旋涡星系和椭圆星系周围，我们发现了成群较小的卫星星系，称为矮星系。最著名的矮卫星星系是大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，它们围绕我们的银河系运行。通常，这些矮星系富含气体，并积极形成新的恒星。它们的形状往往不规则，但矮“球状星系”除外，它们就像微型椭圆星系，类似于相当对称的恒星球。
每个大质量星系（包括我们自己的星系）的核心都包含一个超大质量黑洞。星系中心的黑洞被称为超大质量黑洞，因为它们包含数百万倍太阳质量的质量。通常，这些黑洞处于休眠状态，但是当它们吸积新的物质（例如星际气体）时，它们会苏醒过来，变得非常明亮，将大量的能量释放回星系。我们称这些系统为活动星系核，它们似乎在调节星系内恒星的诞生中起着至关重要的作用。
我们对星系演化以及我们在宇宙中的位置的知识继续以前所未有的速度增长，但是仍然有很多东西需要学习。《星系：宇宙地图》是我关于这一持续发现之旅的故事。