บทที่6"ดาวฤกษ์"

 วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

            ดาวฤกษ์ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของ เนบิวลา หรือกล่าวได้อีกอย่างว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ทุกประเภท แต่จุดจบของดาวฤกษ์จะต่างกัน ขึ้นอยู่กับมวลสาร

            วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสารต่างๆกัน วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มากๆจะเป็นหลุมดำมวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มาก จะกลายเป็นดาวนิวตรอน และวาระสุดท้ายดาวฤกษ์มวลสารน้อย เช่น ดวงอาทิตย์ จะกลายเป็นดาวแคระ

            ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีชีวิตยาว และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์

            ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก สว่างมากจะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราสูงมากจึงมีช่วงชีวิตสั้นกว่า และจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง

            จุดจบของดาวฤกษ์ที่มวลมาก คือการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (supernova) แรงโน้มถ่วง จะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มีแรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น ยูเรนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาด กระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่ และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่นระบบสุริยะก็เกิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้น เนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆและชีวิตบนโลก จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง

ดาวฤกษ์ที่ปรากฏบนท้องฟ้าจะมีสีต่างกัน เมื่อศึกษาอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์จะพบว่า สีของดาวฤกษ์มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ด้วย นักดาราศาสตร์แบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามสีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ได้ 7 ชนิด คือ O B A F G K และ M แต่ละชนิดจะมีสีและอุณหภูมิผิวดังตารางต่อไปนี้

ที่มาhttp://www.maceducation.com/e-knowledge/2502201100/images/13-10.gif

สีของดาวฤกษ์นอกจากจะบอกอุณหภูมิของดาวฤกษ์แล้ว ยังสามารถบอกอายุของดาวฤกษ์ด้วย ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีอุณหภูมิที่ผิวสูงและมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากใกล้ถึงจุดสุดท้ายของชีวิตจะมีสีแดงที่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง มีอุณหภูมิผิวต่ำ ดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีสิ่งที่เหมือนกัน คือ องค์ประกอบหลัก ได้แก่ ธาตุไฮโดรเจน และธาตุฮีเลียม พลังงานของดาวฤกษ์ทุกดวงเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ที่แก่นกลาง ของดาว แต่สิ่งที่ต่างกันของดาวฤกษ์ ได้แก่ มวล อุณหภูมิผิว ขนาด อายุ ระยะห่างจากโลก สี ความสว่าง ธาตุที่เป็นองค์ประกอบ และวิวัฒนาการที่ต่างกัน

ชนิดสีดาวฤกษ์และอุณหภูมิ

ระยะห่างของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่นักเรียนเห็นบนท้องฟ้าอยู่ไกลมาก ดวงอาทิตย์และดาวพรอก ซิมาเซนเทอรีเป็นเพียงดาวฤกษ์สองดวงในบรรดาดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวงที่ประกอบกันเป็นกาแล็กซี (Galaxy) กาแล็กซีหลายพันล้านกาแล็กซีรวมอยู่ในเอกภพ นักดาราศาสตร์จึงคิดค้นหน่วยวัดระยะทางที่เรียกว่า ปีแสง (light-year) ซึ่งเป็นระยะทางที่แสงใช้เวลาเดิน ทางเป็นเวลา 1 ปี แสงเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดังนั้น ระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร

ที่มาhttp://www.chaiyatos.com/skyl22.jpg

ท้องฟ้าในเวลากลางคืนที่เต็มไปด้วยดาวฤกษ์ระยิบระยับอยู่มากมาย นัก ดาราศาสตร์ได้พบวิธีที่จะวัดระยะห่างของดาวฤกษ์เหล่านี้โดยวิธีการใช้ แพรัลแลกซ์(Parallax)

แพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตุอยู่ในตำแหน่งต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์ใช้ปรากฏการณ์แพรัลแลกซ์ในการวัดระยะทางของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงกับเรา โดยการสังเกตดาวฤกษ์ดวงที่เราต้องการวัดระยะทางในวันที่โลกอยู่ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ และสังเกตดาวฤกษ์ดวงนั้นอีกครั้งเมื่อโลกโคจรมาอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ในอีก 6 เดือนถัดไป นักดาราศาสตร์สามารถวัดได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นย้ายตำแหน่งปรากฏไปเท่าไรโดยเทียบกับดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลังซึ่งอยู่ห่างไกลเรามาก ยิ่งตำแหน่งปรากฏย้ายไปมากเท่าใด แสดงว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นอยู่ใกล้เรามากเท่านั้น ในทางตรงกันข้ามถ้าตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์แทบจะไม่มีการย้ายตำแหน่งเลยแสดงว่าดาวฤกษ์นั้นอยู่ไกลจากเรามาก

เราไม่สามารถใช้วิธีแพรัลแลกซ์ในการวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่มากกว่า 1,000 ปีแสง เพราะที่ระยะทางดังกล่าว การเปลี่ยนตำแหน่งของผู้สังเกตบนโลกจากด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ไปยังอีก ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์แทบจะมองไม่เห็นการย้ายตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์นั้นเลย

บทที่5"เอกภพ"

เอกภพวิทยาในอดีต

เอกภพ (จักรวาล – universe) คือ ระบบที่รวบรวมทุกสิ่งทุกอย่างในธรรมชาติ ข้อมูลสำคัญของเอกภพคือ เส้นสเปกตรัมของดาราจักรเลื่อนไปทางสีแดงทำให้รู้ว่าเอกภพกำลังขยายตัว

การขยายตัวของเอกภพ
เราทราบแล้วว่าเอกภพคือแหล่งรวมทุกสรรพสิ่งในธรรมชาติ รวมทั้งที่ว่างหรืออวกาศด้วย นักดาราศาสตร์ต่างได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมจากธาตุที่อยู่ในดาราจักรแล้วพบว่า เส้นเลื่อนไปทางแดงหรือทางความถี่ต่ำแสดงว่าดาราจักรกำลังเคลื่อนที่ออกห่างไปเรื่อย ๆ ทำให้เกิดปัญหาข้อถกเถึยงกันถึงลักษณะของดาราจักรและเอกภพในอดีตว่าเป็นอย่างไร

ในวงการดาราศาสตร์ได้มีทฤษฎีหนึ่งที่จะอธิบายการกำเนิดเอกภพและสาเหตุที่ดาราจักรกำลังเคลื่อนที่คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400 กิโลเมตร (4,000 ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน

ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

กำเนิดเอกภพ(Big Bang)

  ปัจจุบันเอกภพประกอบดัวยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากโลกของเราเป็นดาวเคราะห์หืดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซีของเรา บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นสสารมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในปัจจุบัน

 

 

    เอกภพ(Universe) เป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์ (Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่ง หมายความว่า ก่อนหน้านั้นไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่เลย หลังจากจุดนั้นสรรพสิ่งเริ่มปรากฎ ขึ้น คำพูดที่ว่าทารกได้ “กำเนิด” ขึ้นจากเดิมที่ไม่มีอยู่ สามารถใช้ได้กับการกำเนิดของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่น การกำเนิดโรค การกำเนิดระบบสุริยะ การกำเนิดดวงดาว และการกำเนิดกาแล็กซีเป็นต้น โลกกำเนิดจากการรวมตัวของผงฝุ่น ความจริงแล้วไม่เพียงแต่ระบบสุริยะ ดวงดาว และกาแล็กซีเท่านั้น แม้แต่ทารกก็กำเนิดจากการรวมตัวของมวลสารในโลกอันได้แก่ อะตอมและ โมเลกุล ซึ่งประกอบกันขึ้นโดยในรูปแบบการรวมตัวที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่ามวลสารที่เคยมีอยู่เดิมนั้น เดียวนี้ก็คงยังมีอยู่แต่เปลี่ยนแปลงรูปแบบของการรวมตัวเท่านั้น ที่มาหรือกำเนิดเอกภพเป็นอย่างไร เอกภพประกอบขึ้นจากสรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา มนุษย์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เนบิวลา และกาแล็กซีเป็นต้น เอกภพมีการกำเนิดเหมือนกับโลกหรือไม่ ก่อนหน้าที่จะถึง ณ เวลาหนึ่ง เอกภพไม่ได้ดำรงอยู่ แต่หลังจาก ณ จุดเวลานั้นจึงมีเอกภพปรากฏขึ้น สำหรับดวงดาว ก่อนหน้าดวงดาวจะกำเนิดขึ้น มวลสารต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นดวงดาวอยู่ในรูปของอะตอมและโมเลกุล

สำหรับเอกภพแล้วไม่มีสิ่งใดที่จะรองรับอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้ อะตอมและโมเลกุลเหล่านี้มาจากที่ใด ยังคงเป็นปัญหาต่อไป มีความเห็นแตกต่างกันมากมายเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพจนถึงปัจจุบันก็ยังมีข้อสรุปและไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด แต่ที่ไดรับการยอมรับที่สุด คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400  กิโลเมตร  (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

อายุของเอกภพ

     การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้ว เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างในการก่อตัวของหินเปลือกโลกทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลม (globula cluster)ที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้ของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ระยะทางห่างแต่เดิม ระหว่างกาแล็กซีสองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซีอยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซีซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซีเหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ( hubble constant )จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด (Cepheid variabie star) เป็นหลักในการคำนวณ แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อน

 

     ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

กาแล็กซี

กาแล็กซี (Galaxy)
คือ อาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาวกับ หลุมดำ ที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี่ โดยมีเนบิวลาซึ่งเป็นกลุ่มแก๊สและฝุ่นละอองที่เกาะกลุ่มอยู่ในที่ว่างบางแห่งระหว่างดาวฤกษ์ (หลุมดำ คือ บริเวณในอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงสูง ไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสงสว่างที่เคลื่อนที่เร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ก็ออกจากหลุมดำไม่ได้ เมื่อไม่มีแสงออกมาหลุมดำจึงมืด)

กาแล็กซีต่างๆไม่ได้กระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอในเอกภพ แต่ส่วนใหญ่จะอยู่เป็นแผ่นกว้าง หรือเรียงเป็นเส้นสายหรือเป็นกลุ่มๆ แต่ละกลุ่มก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์จำนวนมาก แต่ละกาแล็กซีจะอยู่ห่างกันมาก อวกาศหรือความว่างเปล่าซึ่งคั่นอยู่ระหว่างแต่ละกาแล็กซีมีเพียงแก๊สบางๆที่มองไม่เห็น
จุดกำเนิดของกาแล็กซี
ทฤษฎีของนักดาราศาสตร์เรื่องจุดกำเนิดของกาแล็กซีกล่าวว่า กลุ่มแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งถูกเหวี่ยงออกมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) เมื่อครั้งเริ่มต้นของการเกิดเอกภพ จะแตกออกมาเป็นกลุ่มๆภายหลังที่กลุ่มแก๊สเหล่านี้ถูกเหวี่ยงออกมาจากการระเบิดครั้งใหญ่แล้ว กลุ่มแก๊สเหล่านี้แต่ละกลุ่มจึงรวมตัวกัน เพราะแรงดึงดูดระหว่างละอองแก๊สด้วยกัน การรวมตัวกันของกลุ่มแก๊สจึงทำให้เกิดดวงดาวดวงแรกขึ้นมาในกลุ่มแก๊ส แก๊สและฝุ่นละอองที่ยังมิได้รวมตัวกันเป็นดวงดาวจะแผ่คลุมอยู่รอบๆเป็นวงแขนโค้งอยู่ห่างออกมาจากใจกลางของกาแล็กซี ต่อมาสสารของกลุ่มฝุ่นละอองแก๊สเหล่านี้จึงได้รวมตัวกันเป็นดวงดาวมีอายุน้อยกว่าดวงดาวที่อยู่ในบริเวณศูนย์กลางของกาแล็กซีดวงอาทิตย์ของเราเป็นดวงดาวที่มีอายุน้อยกว่าดวงดาวที่อยู่ในบริเวณจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก

กลุ่มของกาแล็กซี (Cluster of Galaxy) กาแล็กซีแม้จะอยู่ห่างกันเป็นระยะไกลมากก็ตาม แต่ความจริงนั้นกาแล็กซีจะรวมตัวเป็นสมาชิกเดียวกันในกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง และในแต่ละกลุ่มจะมี4.2 กาแล็กซี (Galaxy)
กาแล็กซี คือ อาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาวกับ หลุมดำ ที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี่ โดยมีเนบิวลาซึ่งเป็นกลุ่มแก๊สและฝุ่นละอองที่เกาะกลุ่มอยู่ในที่ว่างบางแห่งระหว่างดาวฤกษ์ (หลุมดำ คือ บริเวณในอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงสูง ไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสงสว่างที่เคลื่อนที่เร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ก็ออกจากหลุมดำไม่ได้ เมื่อไม่มีแสงออกมาหลุมดำจึงมืด)
กาแล็กซีต่างๆไม่ได้กระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอในเอกภพ แต่ส่วนใหญ่จะอยู่เป็นแผ่นกว้าง หรือเรียงเป็นเส้นสายหรือเป็นกลุ่มๆ แต่ละกลุ่มก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์จำนวนมาก แต่ละกาแล็กซีจะอยู่ห่างกันมาก อวกาศหรือความว่างเปล่าซึ่งคั่นอยู่ระหว่างแต่ละกาแล็กซีมีเพียงแก๊สบางๆที่มองไม่เห็น
จุดกำเนิดของกาแล็กซี
ทฤษฎีของนักดาราศาสตร์เรื่องจุดกำเนิดของกาแล็กซีกล่าวว่า กลุ่มแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งถูกเหวี่ยงออกมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) เมื่อครั้งเริ่มต้นของการเกิดเอกภพ จะแตกออกมาเป็นกลุ่มๆภายหลังที่กลุ่มแก๊สเหล่านี้ถูกเหวี่ยงออกมาจากการระเบิดครั้งใหญ่แล้ว กลุ่มแก๊สเหล่านี้แต่ละกลุ่มจึงรวมตัวกัน เพราะแรงดึงดูดระหว่างละอองแก๊สด้วยกัน การรวมตัวกันของกลุ่มแก๊สจึงทำให้เกิดดวงดาวดวงแรกขึ้นมาในกลุ่มแก๊ส แก๊สและฝุ่นละอองที่ยังมิได้รวมตัวกันเป็นดวงดาวจะแผ่คลุมอยู่รอบๆเป็นวงแขนโค้งอยู่ห่างออกมาจากใจกลางของกาแล็กซี ต่อมาสสารของกลุ่มฝุ่นละอองแก๊สเหล่านี้จึงได้รวมตัวกันเป็นดวงดาวมีอายุน้อยกว่าดวงดาวที่อยู่ในบริเวณศูนย์กลางของกาแล็กซีดวงอาทิตย์ของเราเป็นดวงดาวที่มีอายุน้อยกว่าดวงดาวที่อยู่ในบริเวณจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก
กลุ่มของกาแล็กซี (Cluster of Galaxy) กาแล็กซีแม้จะอยู่ห่างกันเป็นระยะไกลมากก็ตาม แต่ความจริงนั้นกาแล็กซีจะรวมตัวเป็นสมาชิกเดียวกันในกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง และในแต่ละกลุ่มจะมีกาแล็กซีไม่เท่ากัน จากการวิจัยเรื่องกลุ่มของกาแล็กซีของนักดาราศาสตร์บางคนสรุปได้ว่า กาแล็กซีที่สว่างมากที่สุดในกลุ่มกาแล็กซีกลุ่มใดก็ตามถือว่ากาแล็กซีนั้น เป็น “เทียนมาตรฐาน” กล่าวคือ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ใช้ความสว่างของกาแล็กซีนั้นๆทำการศึกษาเรื่องกฎของฮับเบิล จากการศึกษากลุ่มของกาแล็กซีนี่เอง ทำให้ทราบว่า การขยายตัวของเอกภพเกิดจากการเคลื่อนที่ของกลุ่มกาแล็กซีแต่ละกลุ่มมากกว่า แต่ละกาแล็กซีต่างก็เคลื่อนที่ไปจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

ทางช้างเผือก
ในคืนที่ท้องฟ้าปลอดโปร่งแจ่มใส ไม่มีแสงจันทร์สว่างหรือแสงไฟรบกวน จะสังเกตเห็นทางช้างเผือกปรากฏเป็นแถบฝ้าสีขาวจางพาดผ่านท้องฟ้า ขนากกว้างประมาณ 15˚ พาดผ่านเป็นทางยาวรอบท้องฟ้า โดยมากจะพาดจากขอบฟ้าหนึ่งไปยังอีกขอบฟ้าหนึ่ง โดยเฉพาะท้องฟ้าในทิศทางของกลุ่มดาวแมงป่อง (ขณะขึ้นไปสูงสุดจะอยู่ทางทิศใต้ที่มุมเงยประมาณ 50˚) กลุ่มดาวคนยิงธนู กลุ่มดาวนกอินทรีย์และกลุ่มดาวหงส์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือกที่มองเห็นได้ง่าย ชัดเจนและสวยงามมากกาแล็กซีไม่เท่ากัน จากการวิจัยเรื่องกลุ่มของกาแล็กซีของนักดาราศาสตร์บางคนสรุปได้ว่า กาแล็กซีที่สว่างมากที่สุดในกลุ่มกาแล็กซีกลุ่มใดก็ตามถือว่ากาแล็กซีนั้น เป็น “เทียนมาตรฐาน” กล่าวคือ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ใช้ความสว่างของกาแล็กซีนั้นๆทำการศึกษาเรื่องกฎของฮับเบิล จากการศึกษากลุ่มของกาแล็กซีนี่เอง ทำให้ทราบว่า การขยายตัวของเอกภพเกิดจากการเคลื่อนที่ของกลุ่มกาแล็กซีแต่ละกลุ่มมากกว่า แต่ละกาแล็กซีต่างก็เคลื่อนที่ไปจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

การสังเกตทางช้างเผือก
การสังเกตทางช้างเผือกควรจะสังเกตในบริเวณที่มืดสนิทและมีมลภาวะทางอากาศน้อย เช่น พื้นที่ในชนบทหรือตามป่าเขา ในคืนเดือนมืด (หรือช่วงที่ไม่มีแสงจันทร์รบกวน)หากไม่แน่ใจว่าทางทางเผือกอยู่ ณ ตำแหน่งในบนท้องฟ้าควรใช้แผนที่ดาวประกอบการสังเกต ช่วงเวลาที่สังเกตทางช้างเผือกได้ดีที่สุดจะอยู่ในช่วงปลายเมษายน(ช่วงใกล้รุ่งสาง) ถึงเดือนมิถุนายน เพราะช่วงหลังจากจากนี้จะเข้าสู่ฤดูฝน ทำให้โอกาสที่ฟ้าจะเปิดมีน้อยลงแต่หากโชคดีฟ้าเปิดไม่มีเมฆ และได้มีโอกาสสังเกตทางช้างเผือกในช่วงฤดูฝน(กรกฎาคม – สิงหาคม) เพราะในช่วงสองเดือนนี้ทางช้างเผือกส่วนที่สว่างที่สุดจะปรากฏพาดจากทิศใต้ผ่านกลางท้องฟ้าขึ้นไปยังทิศเหนือ คล้ายกับจะแบ่งท้องฟ้าออกเป็นสองส่วน แต่ในช่วงปลายเดือนเมษายน – ต้นเดือนตุลาคม เราจะสามารถเห็นทางช้างเผือกบริเวณดวงดาวแมงป่องและคนยิงธนูได้ง่ายทางช้างเผือกบริเวณนี้สว่างและสวยงามกว่าบริเวณอื่นๆเนื่องจากเป็นมุมมองที่เรามองเข้าไปยังศูนย์กลางของกาแล็กซี

1 กาแล็กซีทางเผือก (The Milky Way Galaxy)
โลกของเราอยู่ในกาแล็กซีทางเผือก ซึ่งจะประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ 2 แสนล้านดวง ระหว่างดาวฤกษ์เป็นอวกาศ บางแห่งมีฝุ่นแก๊สรวมกันอยู่ว่า เนบิวลา ถ้าเรามองดูกาแล็กซีทางช้างเผือกทางด้านข้างจะเห็นเป็นรูปจานข้าว 2 จานประกบกัน แต่เมื่อดูจากด้านบนจะเห็นเป็นรูปกังหันหรือ สไปรัล Sb ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง ดวงอาทิตย์อยู่ที่แขนห่างจากจุดศูนย์กลาง 30,000 ปีแสง เคลื่อนรอบศูนย์กลาง 200 ล้านปีหนึ่งรอบโดยกำลังพาเหล่าบริวารมุ่งหน้าไปทางกลุ่มดาวพิณ ใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกอยู่ทางกลุ่มดาวคนยิงธนู กาแล็กซีทางช้างเผือก มีความหนาเฉลี่ย 1,000 ปีแสง ซึ่งถือว่าค่อนข้างบางเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง มีมวลรวมทั้งกาแล็กซีประมาณ 750,000 – 1,000, 000 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ ดาวและวัตถุในท้าองฟ้าในกาแล็กซีส่วนใหญ่จะอยู่ในบริเวณระนาบของจานที่หนา 1,000 ปีแสงนี่เอง ที่เรียกว่า ระนาบกาแล็กซี

การศึกษากาแล็กซีทางช้างเผือก 
การศึกษากาแล็กซีทางช้างเผือกทำได้ค่อนข้างยากเพราะเราภายในจานของทางช้างเผือก การศึกษานี้จึงอุปมาได้กับการทำแผนที่ของหมู่บ้านทั้งหมู่บ้าน โดยไม่ออกมาจากห้องนอนเลย อย่างไรก็ตามเราสามารถมองดุหมู่บ้านอื่นๆที่อยู่ห่างไกลออกไปเพื่อที่จะใช้ประกอบการศึกษาหมู่บ้านของเราได้ การศึกษากาแล็กซีทางช้างเผือกก็ทำในลักษณะเดียวกันโดยนักดาราศาสตร์ถ่ายภาพกาแล็กซีอื่นๆ ที่อยู่ไกลอกไปเพื่อศึกษาลักษณะของกาแล็กซีของเราเอง
ในช่วงแรกๆนักดาราศาสตร์เชื่อว่าดวงอาทิตย์อยู่ที่บริเวณศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก แต่ในปี ค.ศ.1920 ฮาร์โลว์ แชพลีย์ (Harlow Shapley)นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ศึกษาวงโคจรของกระจุกดาวทรงกลมในเขตเฮโลและค้นพบว่ากระจุกดาวเหล่านั้นไม่ได้โคจรรอบบริเวณที่อยู่ของระบบสุริยะหากแต่เป็นบริเวณที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 28,000 ปีแสงในทิศทางของส่วนที่สว่างที่สุดของแถบทางช้างเผือกที่เราสังเกตได้
ระบบพิกัดทางช้างเผือกมีทั้งละจิจูดและลองจิจูดเช่นเดียวกับระบบพิกัดที่ใช้บนโลก โดยนักดาราศาสตร์ใช้แนวระนาบจานของกาแล็กซีเป็นละจิจูด 0 องศา หรือเส้นศูนย์สูตรกาแล็กซีทางทางเผือก วัตถุที่อยู่ด้านบนของระนาบทางช้างเผือกจะมีละจิจูดทางช้างเผือก(Galaxy Latitude)เป็นบวก (ด้านเหนือ)และวัตถุที่อยู่ด้านล่างจะมีละติจูดเป็นลบ(ด้านใต้)ระบบพิกัดนี้สมมติขึ้นเพื่อให้ง่ายต่อการอ้างถึงวัตถุในทางช้างเผือกเท่านั้น เพราะในความเป็นจริงแล้ว ในทางช้างเผือก ไม่มี”ด้านบน” หรือ “ด้านล่าง” ระบุอยู่เลย
หากเรามองออกไปนอกระนาบทางช้างเผือก (ละจิจูดทางช้างเผือกมากกว่า 30 องศา ทั้งทางเหนือและใต้)เราจะเห็นภาพของอวกาศภายนอกทางช้างเผือกได้ดีกว่าการมองในระนาบมาก ในการศึกษากาแล็กซีอื่นๆที่อยู่ไกลออกไปนักดาราศาสตร์จึงมักหลีกเลี่ยงการส่องกล้องไปในแนวระนาบทางช้างเผือก
อุปสรรคสำคัญของการศึกษาลักษณะทางช้างเผือกจากภายใน คือ ฝุ่นระหว่างดวงดาว (Interstellar Dust) ที่มีอยู่มากในระนาบจาน แม้ว่าฝุ่นเหล่านี้จะเบาบางมาก แต่เมื่อมองผ่านฝุ่นเหล่านี้เป็นระยะทางนับหมื่นปีแสงก็ทำให้ภาพของทางช้างเผือกมืดลงอย่างเห็นได้ชัด หากมองทางช้างเผือกด้วยตาเปล่าจึงดูคล้ายทางช้างเผือกแบ่งออกเป็นสองส่วนปัญหาฝุ่นในอวกาศนี้สามารถแก้ได้โดยสังเกตทางช้างเผือกที่ความยาวคลื่นอื่นที่ถูกบดบังไป เช่น ช่วงคลื่นอินฟราเรด ช่วงคลื่นวิทยุ หรือรังสีเอกซ์

กาแล็กซีเพื่อนบ้าน
วัตถุที่เรามองเห็นอยู่บนฟากฟ้าโดยไม่ต้องใช้กล้องดูดาวขนาดใหญ่ส่องดู ส่วนใหญ่ได้แก่ ดวงดาว ดาวฤกษ์เนบิวลา และทางช้างเผือก ซึ่งรวมอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก (The Milky Way Galaxy) ของเราแล้วยังมีกาแล็กซีอื่นที่มองเห็นด้วนตาเปล่า จึงเรียกว่า กาแล็กซีเพื่อนบ้าน ได้แก่ กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ และกาแล็กซีแมกเจลแลนเล็ก ซึ่งโคจรรอบทางช้างเผือกที่ระยะห่างประมาณ 200,000 ปีแสง ทั้งสองกาแล็กซีเป็นกาแล็กซีไร้รูปทรง กาแล็กซีทั้งสองมีความสว่างมากจนสามารถเห็นได้คล้ายกับก้อนเมฆในยามค่ำคืน แต่เนื่องจากอยู่ไกลออกไปทางขอบฟ้าทางทิศใต้ จึงไม่ค่อยโผล่พ้นจากขอบฟ้าของผู้สังเกตที่ละจิจูดสูงกว่า 20 องศาเหนือเลย กาแล็กซีไร้รูปทรงทั้งสองได้รับการค้นพบโดยชาวตะวันตกเป็นครั้งแรกโดย เฟอร์ดินานด์ แมกเจลแลน (Ferdinand Magellan)นักสำรวจชาวโปรตุเกสในปี ค.ศ. 1519 ขณะที่แมกเจลแลนกำลังล่องเรือลงไป
สำรวจซีกโลกใต้เพื่อหาทางท่องไปยังมหาสมุทรแปซิฟิก (โดยการอ้อมทวีปอเมริกาใต้) ในขณะนั้นความเข้าใจเรื่องดาราศาสตร์และวัตถุท้องฟ้ายังไม่เจริญก้าวหน้านัก (กาลิเลโอเริ่มใช้กล้องโทรทรรศน์สังเกตท้องฟ้าเป็นครั้งแรก หลังจากแมกเจลแลนค้นพบกาแล็กซีทั้งสองถึง 90 ปี) แมกเจลแลนจึงเรียกกาแล็กซีทั้งสองว่า “เมฆ” ตามลักษณะที่เห็น

กาแล็กซีแอนโดรเมดา

เป็นอีกกาแล็กซีหนึ่งที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จะมองเห็นอยู่ในบริเวณท้องฟ้าทางเหนือกาแล็กซีแอนโดรเมดานั้นมีรูปร่างแบบกังหันบาร์เหมือนกาแล็กซีทางช้างเผือก แต่มีขนาดใหญ่กว่า อยู่ในทิศทางของกลุ่มดาวแอนโดรเมตา ความคล้ายคลึงกันระหว่างกาแล็กซีแอนโดรเมดากับกาแล็กซีทางช้างเผือก ทำให้ระบบดวงดาวของทั้งสองกลุ่มนี้เหมือนว่าเป็นกาแล็กซีฝาแฝด กาแล็กซีแอนโดรเมดาอยู่ห่างเมื่อนักจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราไปไกลประมาณ 2 ล้านปีแสง เมื่อนักดาราศาสตร์ถ่ายภาพแอนโดรเมดากาแล็กซี พบว่าบริเวณใกล้ๆ แอนโดรเมดา ยังมีกาแล็กซีขนาดเล็กๆ2กาแล็กซีอยู่ใกล้ๆเรียกว่า เมฆแมกเจลแลน

ภาพกาแล็กซี
กาแล็กซีมีหลายรูปแบบ แตกต่างกันในเรื่องขนาด รูปร่างและมวลสาร บางกาแล็กซีปรากฏแสงริบหรี่โดยธรรมชาติ บางแห่งสว่างและให้ความร้อนสูง ทุกกาแล็กซีเป็นที่อยู่ของดาวฤกษ์ หลายแห่งมีเมฆฝุ่นและแก๊ส กาเล็กซีที่เล็กที่สุดประกอบด้วยดาวฤกษ์หลายล้านล้านดวง และมีขนาดหลายแสนปีแสง มีเพียง 3 แห่งที่มองเห็นด้วยตาเปล่าจากโลกซึ่งปรากฏเป็นฝ้าจางๆ แต่มีอีกหลายพันล้านแห่งที่มองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ กาแล็กซีหลายพันแห่งปรากฏอยู่ในบริเวณแคบๆบนฟ้าขนาดเท่าดวงจันทร์

รูปทรงต่างๆของกาแล็กซี

หากใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ส่องสังเกตกาแล็กซีจำนวนมากเราจะพบว่าไม่มีกาแล็กซีใดที่มีลักษณะเหมือนกันเลย แต่ละกาแล็กซีจะมีลักษณะ รูปทรง หรือพฤติกรรมที่แตกต่างกันออกไปเสมอ
ในปี ค.ศ. 1925 เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 2.5 เมตร ที่หอดูดาวเมาท์วิลสัน ส่องสังเกตกาแล็กซีจำนวนมาก ได้แยกประเภทกาแล็กซีออกเป็น 3 ประเภทตามลักษณะที่เห็นเด่นชัด คือ แบบกังหัน (Spiral Galaxy) แบบทรงรี(Elliptical Galaxy) และแบบไร้รูปทรง(Irrgular Galaxy)

1. กาแล็กซีแบบกังหัน (Spiral Galaxy)
กาแล็กซีแบบกังหัน (Spiral Galaxyหรือใช้อักษรย่อ S ) เป็นกาแล็กซีที่พบได้เป็นส่วนใหญ่ในการส่องสำรวจกาแล็กซีของนักดาราศาสตร์ โดยพบได้ประมาณ 75 – 85% กาแล็กซีแบบกังหันมีลักษณะสำคัญ คือ มีรูปทรงเป็นจานแบน ตรงกลางมีส่วนโป่ง (Bulge) ซึ่งมีดาวอยู่เป็นจำนวนมาก และโดยรอบของกาแล็กซีจะประกอบด้วยแขนกังหัน(Spiral Arms) หลายแขนกระจายออกตามแนวระนาบ บริเวณโดยรอบจานในด้านบนและด้านล่างของระนาบ คือ บริเวณเฮโล (Halo)ซึ่งมีดาวอยู่น้อยมากและเป็นที่อยุ่ของกระจุกดาวทรงกลมเกือบทั้งหมด
โดยรวมแล้วกาแล็กซีแบบกังหันประปอบด้วยดาวที่มีอายุค่อนข้างน้อยซึ่งทราบได้จากสีของกาแล็กซีที่มีสีออกไปทางสีฟ้าอ่อน นอกจากนี้สสารระหว่างดวงดาว (Interstellar Medium) ภายในกาแล็กซีแบบกังหันยังประกอบด้วยแก๊สที่เย็นและแผ่รังสีอินฟราเรด เป็นส่วนใหญ่ อันแสดง ให้เห็นว่าภายในกาแล็กซีแบบกังหันยังมีการรวมตัวของดาวอยู่อย่างต่อเนื่อง

1.1 กาแล็กซีกังหันธรรมดา( Spiral Galaxy หรือ ใช้อักษรย่อ S) กาแล็กซีแบบนี้จะมีแกนกลางเป็นบริเวณที่มีลักษณะสมมาตร คือ มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีการเหวี่ยงเอาสารที่อยู่ในบริเวณตอนกลางออกมาเป็นวงแขนอยู่รอบๆโค้งออกจากใจกลางการแบ่งแยกกาแล็กซีประเภทนี้ นักดาราศาสตร์ใช้อักษร a’b และ c ตามหลังอักษรSทั้งนี้แล้วแต่ว่าวงแขนที่เหวี่ยงออกมาอยู่ห่างจากทรงกลมตอนกลางไม่มากนัก ถ้าเขียนไว้ว่า Sb แสดงว่า วงแขน ที่เหวี่ยงออกมาจากทรงกลมบริเวณแกนกลางมากน้อยแค่ไหน เช่น เขียนไว้ว่า Sa แสดงว่า วงแขนที่เหวี่ยงออกมาอยู่ห่างจากทรงกลมตอนกลางไม่มากนัก ถ้าเขียนไว้ว่า Sb แสดงว่า วงแขนที่เหวี่ยงออกมาจากแกนกลางทรงกลมมีความยาวมากกว่า Sa ถ้าเขียน Sc แสดงว่า วงแขนที่เหวี่ยงออกมาอยู่ห่างจากแกนกลางทรงกลมมากที่สุด

1.2 กาแลกซีแบบกังหันบาร์(Barred Spiral Galaxy หรือใช้อักษรย่อ SB) 
มีลักษณะของแกนกลางต่างจากกาแล็กซีแบบกังหันธรรมดา กล่าวคือ จะมีศูนย์กลางลักษณะเป็นแท่ง (Bar)ในขณะที่กาแล็กซีแบบกังหันธรรมดาจะมีแกนกลางเป็นบริเวณที่แขนสองข้างโค้งออกใจกลาง รูปร่างของกาแล็กซีแบบกังหันบาร์ที่ปรากฏให้เห็นขึ้นอยู่กับด้านที่กาแล็กซีหันมาทางโลก เพราะมันมรลักษณะแบนถ้าด้านบน หันมาทางโลกจะเห็นรูปร่างของแขนชัดเจนถ้าด้านข้างหันมาทางโลกจะเห็นส่วนกลางนูนขึ้น และมีรอยสีดำพาดผ่านกลางซึ่งเป็นชั้นของฝุ่น

กาแล็กซีประเภทนี้ นักดาราศาสตร์ใช้อักษรย่อ SB นำหน้าอักษร a,b และ c โดยปกติกาแล็กซีประเภทนี้จะมีเพียงสองวงแขนที่เหวี่ยงออกมาจากเส้นตรงกลางซึ่งมีรูปร่างเป้นทรงกลม นักดาราศาสตร์มีความเห็นว่ากาแล็กซีประเภทนี้มีอัตราการหมุนรอบตัวเองเร็วกว่ากาแล็กซีทุกประเภท

2.กาแล็กซีแบบทรงรี(Ellipical Galaxy) 
ใช้อักษรย่อ E มีหลายรูปทรงตั้งแต่ทรงกลม (มีความรีน้อยมากจนปรากฏคล้ายทรงกลม)ไปจนถึงทรงรีคล้ายลูกรักบี้ ลักษณะที่สำคัญที่สุดที่นักดาราศาสตร์ใช้แยกกาแล็กซีแบบทรงรีออกจากกาแล็กซีแบบกังหัน คือ กาแล็กซีแบบทรงรีจะไม่มีลักษณะของจานหรือกังหันปรากฏให้เห็นโดยรอบส่วนโป่งเลย
กาแล็กซีแบบทรงรีมีสีออกแดง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวส่วนใหญ่ในกาแล็กซีเป็นดาวที่มีอายุมาก และนอกจากนี้นักดาราศาสตร์ยังสังเกตพบการแผ่รังสีเอ็กซ์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีแบบทรงรีมีสสารระหว่างดวงดาวที่ร้อนและเบาบางกว่ากาแล็กซีแบบกังหัน หลักฐานทั้งสองชี้ให้เห็นว่าแทบไม่มีดาวเกิดใหม่ในกาแล็กซีแบบทรงรีเลย ซึ่งต่างจากกาแล็กซีแบบกังหันที่ยังมีวิวัฒนาการของดาวฤกษ์เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง
กาแล็กซีแบบทรงรี แบ่งออกได้เป็น 7 ลักษณะย่อยตามความรีของกาแล็กซี โดยจะเรียกกาแล็กซีแบบทรงรีที่มีความรีน้อยมาก (จนเกิดเป็นวงกลม) ว่า “ Eo ” และมีความรีเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ไปจนถึง “ E7 ” ซึ่งเป็นกาแล็กซีแบบทรงรีที่มีความรีมากที่สุด ( เลข 0-7 นี้ ได้จากการคำนวณอัตราส่วนระหว่างความยาวและความกว้างของกาแล็กซี โดยกาแล็กซีทรงรีมักมีความรีไม่เกินระดับ 7 เพราะเกินกว่านี้มักจะมีลักษณะแขนของกังหัน เข้าอยู่ในลักษณะของกาแล็กซีแบบกังหัน )

3. กาแล็กซีแบบไร้รูปทรง ( irregular Galaxy )
นอกจากนี้กาแล็กซีที่สามารถจักเข้าพวกกับสองลักษณะที่กล่าวไปแล้ว ยังมีกาแล็กซีส่วนน้อยซึ่งไม่มีรูปทรงชัดเจน ไม่สามารถเข้ากลุ่มกับกาแล็กซีแบบกังหันหรือกาแล็กซีแบบทรงรีได้ นักดาราศาสตร์จัดกาแล็กซีเหล่านี้อยู่ในกลุ่มกาแล็กซีแบบไร้รูปทรง
กาแล็กซีแบบไร้รูปทรงมักมีขนาดเล็กจึงไม่สว่างนักและสังเกตพบได้น้อยกว่ากาแล็กซีทั้งสองประเภทที่กล่าวมาอย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์พบว่ากาแล็กซีที่อยู่ไม่ไกลออกไปมากๆ(มีความสว่างน้อย)จำนวนมากเป็นกาแล็กซีแบบไร้รูปทรง

ต้นกำเนิดของกาแล็กซีแบบไร้รูปทรงอาจเป็นได้หลายประการ ตั้งแต่การรวมตัวเป็นกาแล็กซีที่ไม่มีรูปร่างโดยกำเนิดไปจนถึงการที่กาแล็กซีที่มีรูปร่างสองดวงชน และรวมกัน เกิดเป็นกาแล็กซีใหม่ที่มีรูปร่างไม่ชัดเจน
กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรามีกาแล็กซีแบบไร้รูปทรงเป็นบริวารอยู่ 2 ดวงคือ เมฆแมกเจลแลนใหญ่ (The Large Magellanic Cloud) และเมฆแมกเจลแลนเล็ก ( The Small Magellanic Cloud ) ซึ่งโคจรรอบทางช้างเผือกที่ระยะห่างประมาณ 200,000 ปีแสง

การวิวัฒนาการของกาแล็กซี

การแบ่งประเภทกาแล็กซีของฮับเบิลนำไปสู่ความเชื่อว่ากาแล็กซีรูปไข่ ( Ellipti Galaxies ) ค่อยๆวิวัฒนาการกลายเป็นกาแล็กซีรูปวงกลม ( Spiral Galaxies ) ที่มีวงแขนโค้งยื่นออกมา นอนจากนั้นรูปร่างของกาแล็กซีรูปร่างชนิดแปลกๆได้มีวิวัฒนาการกลายมาเป็นกาแล็กซีรูปทรงกลมเช่นกัน และเมื่อฝุ่นละอองและแก๊สในกาแล็กซีประเภทนี้ได้เปลี่ยนเป็นดวงดาวก็จะกลายเป็นกาแล็กซีรูปไข่ไป แต่ปัจจุบันแนวความคิดเช่นนี้ได้เปลี่ยนแปลงไปเพราะหลักฐานจากการค้นพบแบบใหม่เช่น นักดาราศาสตร์พบว่าดวงดาวที่มีอายุมากที่สุดในกาแล็กซีต่างๆในกลุ่มท้องถิ่นอายุเท่ากัน จากหลักฐานดังกล่าวนี้ แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นมาในเวลาเดียวกัน นอกจากนั้น การที่กาแล็กซีรูปทรงกลมมีอัตราการหมุนเร็วกว่ากาแล็กซีรูปไข่ก็เป็นหลักฐานอีกประการหนึ่งว่า ระบบกาแล็กซีซึ่งประกอบด้วยดวงดาวจำนวนมหาศาลเช่นนี้ จะเปลี่ยนแปลงความเร็วในการหมุนได้อย่างไร ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์ส่วนมากในปัจจุบันจึงมีความเห็นว่า รูปร่างลักษณะของกาแล็กซีเท่าที่ปรากฏให้เห็นอยู่ในปัจจุบัน มีรูปร่างอย่างเดียวกับที่มันเป็นอยู่อย่างเดิมไม่ได้มีวิวัฒนาการจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งแต่อย่างใด เพราะมีหลักฐานมากพอทำให้เกิดความเชื่อว่า กาแล็กซีทั้งหมดในจักรวาลของเราเกิดขึ้นมาในขณะเดียวกัน คือ เกิดจากการระเบิดครั้งใหญ่ ( Big Bang ) ของจักรวาลเมื่อ 1,000 ล้านปีมาแล้ว

โครงสร้างของกาแล็กซี นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจในเรื่องราวของกาแล็กซี เพราะสาเหตุต่างๆดังนี้
1. เพื่อนำเอามาอธิบายเรื่องราวของเอกภพ
2. ความเข้าใจเรื่องประเภทของกาแล็กซี ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณหาระยะทางของกาแล็กซี
3. ความรู้ในเรื่องโครงสร้างและวิวัฒนาการของกาแล็กซีช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถแปรความของการสำรวจจักวาลในระดับใหญ่ เช่น การนับจำนวนกาแล็กซีที่ส่งคลื่นวิทยุออกมา เป็นต้น
4. กาแล็กซีเป็นแหล่งเปล่งแสงสว่างอยู่ในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์จึงให้ความสนใจในเรื่องแสงทุกชนิดที่เปล่งออกมาจากกาแล็กซี เพื่อค้นหาความจริงในเรื่องราวของเอกภพ