Une galaxie est un amas d’étoiles, de nébuleuses, de matière noire et d’autres objets astronomiques. La plupart des galaxies ont un diamètre de dizaines de milliers d’années-lumière et contiennent des milliards d’étoiles. Les galaxies se présentent sous trois formes principales; les galaxies spirales sont des disques minces, avec des bras spiraux entourant un moyeu central ; les galaxies elliptiques sont des agglomérations uniformes de forme ovale; et les galaxies irrégulières ont peu ou pas de structure définie.
Une galaxie spirale est centrée autour d’un moyeu, qui est à peu près sphérique et bombé vers l’extérieur du disque. Le hub est le centre gravitationnel de la galaxie et contient généralement un trou noir supermassif. Autour du moyeu se trouvent des bras spiraux, qui sont des vagues groupées d’étoiles et de gaz en orbite autour du centre. Les bras spiraux contiennent généralement plus de gaz et de poussière, et ils contiennent la plupart des étoiles nouvellement formées, ce qui les fait apparaître en bleu dans les images en couleur. Une galaxie spirale peut avoir une barre horizontale passant par son moyeu ; notre propre galaxie, la Voie lactée, est censée contenir une barre.
Les galaxies elliptiques ont un grand moyeu central, mais il leur manque les bras d’une galaxie spirale ; elles apparaissent généralement plus jaunâtres dans les images de couleur des vieilles étoiles rougeâtres. Les galaxies irrégulières n’ont souvent aucune structure discernable, mais elles peuvent souvent être reconnues comme ayant une forme spirale ou elliptique déformée. Les galaxies elliptiques et irrégulières résultent souvent de collisions, qui provoquent de grandes explosions de formation d’étoiles et déforment la structure des galaxies en raison des interactions gravitationnelles complexes. Finalement, les deux galaxies fusionnent généralement pour former une grande galaxie, qui a rejeté la plupart de ses nuages de gaz et de poussière.
Il y a environ une centaine de milliards de galaxies dans l’univers visible ; la plupart d’entre eux se produisent dans de grandes agglomérations appelées superamas de galaxies. Entre ces superamas se trouvent des vides avec peu ou pas de galaxies, souvent pour cent millions d’années-lumière ou plus. En étudiant la rotation des galaxies spirales, les astronomes ont découvert que la majeure partie de la matière dans l’univers n’est pas constituée d’étoiles et de gaz, mais de matière noire invisible qui ne peut pas être vue mais exerce toujours la gravité. On pense que la matière noire est responsable de ces grands amas, car l’attraction gravitationnelle de la matière noire a rapproché les galaxies.