우리 은하 천문학 과 외부 은하 천문학

 우리의 태양계는 우리 은하가 포함된 은하 군으로, 안드로메다 은하를 포함한 크고 작은 40개 이상의 은하로 이루어져 있는 국부 은하군에 속해 있는 중심에 별들로 구성된 막대 모양의 구조를 가진 나선은하인 우리 은하에 속해 있다.

 우리 은하의 중심을 공전하고 있으며 먼지, 가스, 별, 암흑물질들이 서로의 중력을 통해 우리 은하를 구성하고 있다. 이들은 공통 질량중심을 중심으로 회전하고 있다. 태양계는 은하 내의 항성 사이나 항성 바로 근처에 존재하는 물질이나 에너지인 성간 물질을 포함하는 바깥쪽 나선팔에 있어서 먼지가 시야를 가리게 되므로 지구에서 볼 수 있는 우리 은하의 모습은 국한되어 있다. 우리 은하 중심부에는 막대 모양의 두께가 몹시 두꺼운 팽대부가 있고, 은하 중심에는 태양 질량의 수십만 배에서 수십억 배에 이르는 가장 큰 유형의 최대 질량 블랙홀이 있다. 우리 은하 중심부는 바깥쪽으로 서로 엉켜 혼란스럽게 퍼져나가는 네 개의 나선은하로 둘러싸여 있다.

 나선은하는 1936년에 발표된 에드원 허블의 저서, 성운의 왕국에서 처음으로 기술되어 허블 순차의 일부를 구성하는 특정 은하의 유형이다. 나선은하는 금속 함량이 많고 젊은 항성 종족 별들이 탄생하는 곳이다. 막대 나선 은하, 나선은하, 렌즈 상 은하에서 은하 팽대부를 둘러싼 원방 모양의 구조로 은하 원반을 구형의 은하 헤일로가 둘러싸고 있다. 은하 헤일로는 성간 물질과 구상성단으로 구성된, 은하 전체를 감싸듯이 구형으로 희박하게 분포하고 있는 구름 같은 것을 말한다. 은하 원반에는 주로 늙은 항성 종족별들과 세밀하게 뭉친 구상성단들이 여기저기 흩어져 퍼져 있다. 별과 별 사이에는 먼지와 가스로 이루어진 매우 적은 성간 물질이 있다. 성간 물질의 밀도가 높은 곳에서는 수소 분자 및 다른 원소들로 이루어진 분자 구름이 만들어지고, 별들이 태어난다. 처음에는 천체에서 성간 구름 중에서도 스스로 빛을 발하지 않고 항성 등이 발하는 빛을 반사하지 않거나 흡수하여 검게 보이는 성간 구름을 가리키는 분자구름이 모여있는 암흑 성운의 형태로 시작되며, 이들이 압축되어 원시별을 형성하게 된다. 원시별은 성간 물질 내 거대 분자 구름이 수축하여 이루어진 거대한 덩어리로 별이 생겨나는 과정 중 초기 단계를 말한다. 큰 별들이 태어나는 곳은 빛을 방출하는 가스와 플라스마로 이루어진 에이치 영역으로 진화한다. 질량이 큰 별들은 강한 항성의 상층부 대기에서 분출되는 하전 입자의 흐름인 항성풍을 방출하고 신성보다 에너지가 큰 별의 폭발인 초신성 폭발로 일생을 마친다. 이에 따라 주변의 성간물질이 흩어지게 된다. 때로는 같은 분자구름에서 태어났으며 나이가 거의 같은 수천 개의 항성이 모인 집단인 산개 성단이 만들어지기도 하고, 산개 성단의 별들은 점차 흩어지게 되면서 우리 은하의 항성 종족에 포함된다. 

 우리 은하와 외부 은하는 많은 연구를 통해 보이는 물질보다 더 많은 질량이 존재한다는 사실을 알게 되었고, 빛을 내지 않고 질량은 가지고 있는 우주 물질의 약 85%를 차지하는 것으로 생각되는 물질의 가상의 형태인 암흑물질의 본질은 현재 밝혀지지 않았으나, 암흑물질 헤일로가 우주에 있는 물질의 대부분을 차지하는 것으로 보인다. 대부분의 은하는 모양에 따라 나선은하, 불규칙 은하, 타원은하로 나누어진다.

 타원은하는 대략 타원 모양에 매끄럽고 거의 단조로운 밝기의 윤곽을 가진 은하의 한 유형이다. 타원은하의 별들은 무작위적인 궤도를 가지고 움직이며, 성간물질이 적고, 새로 만들어진 별이 적으며, 나이가 많은 별들로 이루어져 있다. 타원은하는 흔히 은하단의 중심부에 있으며, 여러 은하가 합쳐져서 만들어졌다고 한다. 불규칙 은하는 나선은 하나 타원은하와 달리 뚜렷한 특정 모양을 가지지 않는 은하이며, 불규칙 은하의 모양은 공통적이지 않다. 나선은하와 타원은하로 나눌 수 없는 일정한 모양이 없는 은하다. 이러한 불규칙한 모양은 다른 은하와 상호작용 때문에 만들어진다. 나선은하는 납작하게 회전하는 원반 모양을 가지고 있고, 중심부의 팽대부와 나선은하로 이루어져 있다.

 나선은하는 성 간 먼지를 많이 가지고 있으며 푸른빛을 띠고 있다. 나이가 많은 별들로 이루어진 헤일로에 둘러싸여 있다. 방출하는 에너지의 상당 부분이 별, 먼지, 성간물질 같은 것이 아닌 은하 중심의 다른 에너지 원인 블랙홀로부터 나오는 은하는 활동성 은하이다. 전자기 스펙트럼의 일부, 또는 모든 대역에서 보통 이상의 광도를 내는 은하의 중심에 존재하는 콤팩트한 영역인 활동 은하핵은 응축 원반을 가진 초대질량 블랙홀이라고 한다. 활동 은하에는 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체인 퀘이사, 퀘이사와 같이 활동 은하에 관한 두 개의 큰 분류 중 한 분류인 시 퍼트 은하, 블레이저, 전파 은하 등이 있다. 전파 은하는 일반적인 은하와 다르게 전파에서 매우 강한 빛을 내며, 퀘이사는 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나이다. 개개의 은하들이 모여서 계층적으로 만들어진 우주의 거대 구조는 은하들이 모여 서로의 중력에 의해 속박된 50개 미만의 은하들로 구성된 무리인 은하 군을 이루고, 이 은하 군들이 모여 서로 중력에 의해 속박된 수백 개에서 수천 개의 은하로 구성된 은하단을 만들었고, 다시 은하단 및 은하 군으로 이루어진 대규모 무리로 우주에서 가장 거대한 구조 중 하나인 초은하단을 만드는 형식이다. 이러한 큰 군집들은 다시 필라멘트와 그사이의 공동을 이룬다.