前言：
在20世紀(jì)的前25 年里，星系的存在從理論猜想變成了可觀測的事實。到20世紀(jì)30 年代初，盡管精度不高，但是人們?nèi)匀还浪愠隽藬?shù)個近鄰星系的距離，并確定宇宙在膨脹。銀河系成為龐大星系家族的一員，后者因自身所包含的恒星而發(fā)光。在可見光圖像中，星系在太空中彼此分離，將其視為孤立區(qū)域的想法由此而生，這一島宇宙的觀念持續(xù)了數(shù)十年。

1950年后，隨著大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和新技術(shù)的出現(xiàn)，人們對星系的認(rèn)識變得愈加豐富。射電望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn)，星系中常常存在數(shù)十億倍于太陽質(zhì)量的星際氣體，一些星系會在射電波段釋放出其大部分能量，這需要大量注入以近光速運動的電子。由這些數(shù)據(jù)和X 射線觀測可知，大多數(shù)巨型星系的中心可能都潛藏著數(shù)百萬倍于太陽質(zhì)量的黑洞。

在確認(rèn)了大爆炸模型后，星系顯而易見形成于早期宇宙中，進而演化出現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)。然而，僅由普通重子物質(zhì)組成的星系理論模型無法給出可靠的結(jié)果。答案來自一個意想不到的地方。對于盤星系，如果它們僅由可見的恒星和氣體組成，那么旋轉(zhuǎn)速度在距其中心較遠(yuǎn)處就會減小，但實際情況并非如此。顯然，有額外且不可見的暗物質(zhì)暈包裹著這些星系，并占據(jù)了其絕大部分的質(zhì)量。暗物質(zhì)主導(dǎo)的星系模型不僅符合觀測數(shù)據(jù)，還有助于發(fā)展出可檢驗的星系形成理論框架和此后演化出的理論框架。

到20世紀(jì)末，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡和8~10米口徑的地面望遠(yuǎn)鏡為研究年輕星系開辟了途徑。如果望遠(yuǎn)鏡有足夠的靈敏度，天文學(xué)的一大優(yōu)勢是可以直擊遙遠(yuǎn)的過去。這些研究和后續(xù)多波段的觀測發(fā)現(xiàn)，年輕星系小且會相互作用，并可能具有極高的恒星形成率。在其他情況下，年輕的超大質(zhì)量黑洞可通過吸積氣體乃至恒星快速生長，向外輸出相當(dāng)于數(shù)萬億個太陽的能量。正如暗物質(zhì)模型所提出的，年輕星系借由并合進行等級式生長，絕非是20世紀(jì)30年代所認(rèn)為的島宇宙！

那么，人們對星系的認(rèn)識目前到了哪一階段呢？星系是復(fù)雜的物理系統(tǒng)，它
隨著時間經(jīng)歷了劇烈演化，把氣體轉(zhuǎn)變成長存的恒星，抑或是黑洞吞食普通物質(zhì)，
星系也會與環(huán)境相互作用。暗物質(zhì)暈已是標(biāo)準(zhǔn)模型，通過比較日臻完善的宇宙大
尺度結(jié)構(gòu)形成演化模擬與不斷豐富的觀測數(shù)據(jù)，該模型正不斷經(jīng)受著檢驗。得益
于可工作在大部分電磁波譜上的高性能望遠(yuǎn)鏡，人們可以觀賞和研究肉眼不可見
的復(fù)雜星系；與此同時，在把星系分解成無數(shù)恒星或星際氣體的奇妙結(jié)構(gòu)時，人
們還能欣賞到天體之美。

本書會從21世紀(jì)的視角來介紹星系世界。自從近100年前發(fā)現(xiàn)星系以來，人
們已對其有了很多認(rèn)識，但想要完全了解這些宇宙的奇跡，仍有很長的路要走。
如果你有機會通過望遠(yuǎn)鏡觀看星系，它們大多數(shù)時候就是一團模糊的光斑，盡情
欣賞本書中眾多的星系圖像吧，由此你會更全面地認(rèn)識你看到的宇宙奇跡。

杰伊·加拉格爾（Jay Gallagher）
寫于美國威斯康星州麥迪遜市