Una galaxia contiene entre unos pocos millones y cientos de miles de millones de estrellas, unidas por su gravitación mutua. Las estrellas de una galaxia pueden ser parte de cúmulos estelares, o parte de una población mayor de estrellas sueltas esparcidas por la galaxia. Además, una galaxia contiene remanentes estelares, polvo, gas y materia oscura. Muchas galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro.
La materia oscura es un tipo de materia que no emite ni interactúa con la radiación electromagnética, y por lo tanto es imposible detectar por observaciones directas. Aunque la materia oscura no puede ser vista, tiene masa, y su existencia se infiere de sus efectos gravitatorios sobre los objetos visibles. Tales efectos incluyen el movimiento de los objetos visibles, o la distorsión de las imágenes debido a las lentes gravitacionales. Las galaxias están rodeadas por un halo muy extenso de materia oscura, en cierto sentido, lo que vemos de una galaxia es solo la punta del iceberg de su masa total.
Durante los primeros cientos de millones de años de la historia del Universo, la materia oscura evolucionó en numerosas regiones grandes y densas, llamadas halos. A medida que el hidrógeno y el helio caía en estos halos, se formaron las primeras galaxias y las primeras estrellas. Las galaxias espirales más grandes, como la Vía Láctea, evolucionaron a medida que atraían e incorporaban numerosas galaxias más pequeñas. Las grandes galaxias elípticas se formaron cuando galaxias más masivas chocaron y se fusionaron. Dependiendo de sus reservas de gas, y del calentamiento a través de la explosión de estrellas o de la actividad en el centro galáctico, estas galaxias formaron nuevas estrellas a un ritmo mayor o menor.
De acuerdo con su apariencia, las galaxias se clasifican en espirales, elípticas e irregulares. Estos tipos difieren no solo en la forma sino también en su contenido. Las galaxias espirales tienen brazos espirales aplanados formados predominantemente por estrellas jóvenes y brillantes y grandes cantidades de gas y polvo. En cambio, las galaxias elípticas contienen menos gas. Sus estrellas son en su mayoría viejas y están distribuidas en forma ovoide o esférica. Algunas galaxias, incluyendo la mayoría de las galaxias enanas, no tienen ninguna de estas dos formas estándar y se denominan irregulares.
Nuestra Vía Láctea es una galaxia espiral con una estructura en forma de barra en el centro. El Sistema Solar está situado a unos 25.000 años luz del centro, en un brazo espiral. La parte visible de nuestra galaxia es una colección de estrellas en forma de disco con un diámetro de unos 100.000 – 120.000 años-luz y un grosor de solo unos 2.000 años-luz. En este disco, las estrellas jóvenes y el polvo forman brazos espirales. Durante una noche oscura y desde un lugar adecuadamente oscuro, podemos ver una fracción diminuta de las más de 100.000 millones de estrellas del disco galáctico como una enorme banda nebulosa que se arquea a través del cielo. Esta es nuestra vista desde el interior de nuestra galaxia natal.
Una teoría ampliamente aceptada sobre la formación de los brazos espirales es que son el resultado de una onda de densidad que se mueve a través del disco de una galaxia, causando que las estrellas, el gas y el polvo se amontonen de una manera similar a un atasco en una autopista muy transitada. Esto da lugar a regiones más densas en el disco que se ven como brazos espirales. Estas regiones de alta densidad contienen mucho gas y polvo, que son esenciales para la formación de nuevas estrellas. En consecuencia, los brazos espirales contienen muchas estrellas jóvenes y brillantes, evidenciando que estas regiones tienen una alta tasa de formación estelar.
Una galaxia típica contiene un estimado de 100 millones de agujeros negros de masa estelar. Este tipo de agujeros negros se forman cuando una estrella masiva termina su vida en una explosión de supernova. Los agujeros negros supermasivos, por otro lado, se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, y son los agujeros negros más grandes conocidos, con masas entre unos pocos millones y más de mil millones de masas solares. Nuestra Vía Láctea tiene un agujero negro supermasivo en su centro con una masa de aproximadamente cuatro millones de masas solares. La primera imagen directa de la silueta del horizonte de sucesos de un agujero negro, en el centro de la enorme galaxia elíptica M87, se logró en 2019 combinando datos de ocho radiotelescopios de todo el mundo.
El vecino más cercano de la Vía Láctea es la galaxia enana Canis Major, a una distancia de unos 25.000 años luz. Las galaxias distantes se muestran muy débiles y por lo tanto son difíciles de observar. Para obtener imágenes de las galaxias distantes, es necesario emplear grandes telescopios con un alto poder de resolución, y realizar largas exposiciones para recoger suficiente luz de estos objetos.
Las galaxias no están dispersas al azar por todo el Universo. Más bien, la galaxia promedio es parte de un cúmulo de galaxias. Estos cúmulos consisten en cientos o incluso miles de galaxias unidas entre sí por su atracción gravitacional mutua. Los cúmulos de galaxias también se agrupan en estructuras más grandes llamadas supercúmulos. La Vía Láctea es parte de lo que se llama nuestro Grupo Local de galaxias, que incluye más de 54 galaxias. El Grupo Local es un miembro periférico del Cúmulo de Virgo, que es parte del Supercúmulo de Virgo, que a su vez es parte del Supercúmulo de Laniakea.
Las interacciones entre las galaxias influyen en su apariencia y evolución. En el pasado se creía que un tipo de galaxia podía evolucionar hacia un tipo diferente a lo largo de su vida, pero los conocimientos científicos actuales muestran que las interacciones gravitacionales son causantes de algunos tipos de galaxias. Por ejemplo, las galaxias elípticas pueden crearse mediante fusiones entre grandes galaxias predecesoras y, al mismo tiempo, estos acontecimientos pueden desencadenar un intenso brote de formación de estrellas en las galaxias que interactúan.
