星系的结构

螺旋星系的可见区域曾一度被认为代表了它的整个系统。天文学家现在相信：形成恒星的物质仅仅是包含在星系中所有物质的极小部分，其余的质量以灰暗物体的形式存在，它们太暗，以至于我们无法从观测星系时看到，或者甚至这些我们无法探测到的物质形式就是暗物质。

在从地球无法看到的昏暗物质中，螺旋星系盘中含有大量不发光的尘埃与气体线。有时候尘埃线能被看到是因为它们挡住从旋臂上发出的光，从而使我们能看到它们的轮廊。星系盘中同样包含着许多的更暗、更老的恒星，因为它们的光芒被旋臂上年轻明亮的恒星掩盖，所以无法被看到。恒星围绕螺旋星系的旋转为我们提供了许多关于星系中包含的比可见部分更多物质的重要线索。恒星移动得很快，以阻止星系飞离天文学家们相信的围绕着螺旋星系的巨大、隐藏着的球状物质晕。从可见的证据上来，星系的质量与太阳系一样，似乎集中在它的核内。这也许意味着，随着星系的旋转，离核心较远的恒星要比距离较近的恒星移动得慢。但是，实际观测并不支持这点。相反，星系的质量更像是存在于它的可见区域之外，包含在巨大的球状物质晕中。

晕中的物质被认为包括了好几种不同的物体，例如星系盘中逃逸出来的灰暗恒星；失败的恒星，它们被称为矮褐星；恒星崩塌、死亡之后的遗迹形成了包括中子星、黑洞在内的物体。气体云可能也存在于星系晕中。除了灰暗物体之外，星系晕也包含了名为球状星团的发光体。

球状星团类似于椭圆星系，它们是被相互间的引力束缚在一起的恒星的球形集合物。在球状星团中没有恒星产生，它们环绕着自己的母星系，并且界定出一个球状区域，这被认为代表着星系晕边界。球状星团包含了非常老的恒星——大部分被认为是在100亿年前形成的。然而一些恒星甚至更老，有着估计和宇宙一样的年龄。最大的球状星团包含了几百万颗恒星。典型的螺旋星系有大约150个球状星团，而椭圆星系可能包含上千个。一般认为气体云团崩塌形成星系时，孤立区域会各自崩塌并形成球状星团。

←M13是一个与银河系相关的球状星团。这类星团存在于星系周围的晕中，并且环绕其母星系核的轨道运行。在螺旋星系中，这些轨道使得星团穿过星系盘区域。然而这里的恒星密度很低，因此球状星团完好无损地出现在星系盘的另一侧。

↓→草帽星系（M104）位于处女座中，是一个侧视的螺旋星系（左）。横穿星系中部的暗条是由尘埃构成的。成熟的计算机图像处理使得昏暗的星系晕变得可见（右）。星系的一张“底片”被叠加了上去，以揭示它的位置。

→螺旋星系的可见部分是一个大得多的结构中的一部分。照片中是一个典型的侧视的螺旋星系：盘状结构被晕包围，球状星团显著存在于晕中。此外，晕中被认为还包含了灰暗恒星、死亡恒星如白矮星和中子星甚至黑洞。

在螺旋星系的晕的外部，一些天文学家相信存在着一个更大的包含物质的球形区域，这被称为星系冕，根据目前的理论，它包含了大量的暗物质。球状星团帮助一位美国天文学家——哈罗·沙普利在1920年作出了对于银河系的第一次准确测量。观测整个星系是十分困难的，星系平面上的星际尘埃限制了我们的视野。球状星团（位于黄线的末端）位于平面上侧或下侧尘埃较少的地方。沙普利假设星团系统的中心与星系中心重合，并利用星系到达这些星团的距离估计了银河系的大小。

许多天文学家相信，在星系晕之外，还存在着一个甚至更大的球形区域，这被称为冕。星系冕可能有星系晕的4倍大的直径，可能包含了奇特的暗物质粒子，它们的行为特征与五种稳定的基本粒子大不相同。受到技术的限制，甚至使用目前最先进的设备也探测不到这些粒子，然而它们的存在却可以通过它们对星系中发光物质的引力作用推测出来。一些天文学家提出，星系冕可能占据了多达星系总物质量90%的比例。