Une galaxie contient entre quelques millions et des centaines de milliards d'étoiles, liées entre elles par leur force gravitationnelle mutuelle. Les étoiles d'une galaxie peuvent faire partie d'amas stellaires ou faire partie d'une plus grande population d'étoiles séparées qui imprègnent la galaxie. De plus, une galaxie contient des restes stellaires, de la poussière, du gaz et de la Matière Noire. De nombreuses galaxies ont un trou noir supermassif en leur centre.
La Matière Noire est un type de matière qui n'émet pas ou n'interagit pas avec le rayonnement électromagnétique, et est donc impossible à voir par des observations directes. Bien que la Matière Noire ne soit pas visible, elle a une masse et son existence est déduite de ses effets gravitationnels sur les objets visibles. Ces effets incluent le mouvement des objets visibles ou la distorsion des images due à la lentille gravitationnelle. Les galaxies sont entourées d'un halo de matière noire beaucoup plus grand - dans un sens, ce que nous voyons d'une galaxie n'est que la pointe de l'iceberg.
Au cours des premières centaines de millions d'années de l'histoire de l'Univers, la Matière Noire a évolué en de nombreuses grandes régions plus denses, appelées halos. Lorsque l'hydrogène et l'hélium gazeux sont tombés dans ces halos, les premières galaxies et les premières étoiles se sont formées. De plus grandes galaxies spirales comme la Voie lactée ont évolué en attirant et en incorporant de nombreuses galaxies plus petites. De grandes galaxies elliptiques se sont formées lors de la collision et de la fusion de galaxies plus massives. En fonction de leurs réserves de gaz et du chauffage par l'explosion d'étoiles ou d'activités au centre galactique, ces galaxies ont formé de nouvelles étoiles à un rythme accru ou plus lent.
Conformément à leur apparence visuelle, les galaxies sont classées en galaxies spirales, elliptiques et irrégulières. Ces types diffèrent non seulement par la forme mais aussi par leur contenu. Les galaxies en spirale ont des bras en spirale aplatis formés principalement par de jeunes étoiles brillantes et de grandes quantités de gaz et de poussière. En revanche, les galaxies elliptiques contiennent moins de gaz. Leurs étoiles sont pour la plupart anciennes et réparties sous une forme ovoïde ou sphérique. Certaines galaxies, y compris la plupart des galaxies naines, n'ont aucune de ces deux formes standard et sont appelées irrégulières.
Notre Voie lactée est une galaxie spirale avec une structure en forme de barre au centre. Le Système Solaire est situé à environ 25 000 années-lumière du centre, dans un bras en spirale. La partie visible de notre galaxie est une collection d'étoiles en forme de disque d'un diamètre d'environ 100,000 – 120,000 années-lumière et d'une épaisseur d'environ 2 000 années-lumière. Dans ce disque, de jeunes étoiles et de la poussière forment des bras en spirale. Pendant une nuit noire et depuis un endroit convenablement sombre, nous pouvons voir une fraction minime des plus de 100 milliards d'étoiles du disque galactique sous la forme d'une énorme bande brumeuse se cambrant dans le ciel. C'est notre point de vue à partir de l'intérieur de notre galaxie d'origine.
Une théorie largement acceptée sur la formation des bras en spirale est qu'ils sont le résultat d'une onde de densité se déplaçant à travers le disque d'une galaxie, provoquant un amas d'étoiles, de gaz et de poussière semblable à un embouteillage sur une route très fréquentée. Cela donne lieu à des régions plus denses dans le disque qui sont considérées comme des bras en spirale. Ces régions à haute densité contiennent beaucoup de gaz et de poussière, qui sont essentiels pour la formation de nouvelles étoiles. Par conséquent, les bras en spirale contiennent de nombreuses jeunes étoiles brillantes, montrant que ces régions ont un taux de formation d'étoiles élevé.
Une galaxie typique contient environ 100 millions de trous noirs de masse stellaire. Ces types de trous noirs se forment lorsqu'une étoile massive termine sa vie dans une explosion en supernova. Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de la plupart des galaxies et sont le plus grand type de trou noir, avec des masses comprises entre quelques millions et plus d'un milliard de masses solaires. Notre Voie lactée a un trou noir supermassif en son centre avec une masse d'environ quatre millions de masses solaires. La première image directe de la silhouette de l'horizon des événements d'un trou noir, au centre de l'immense galaxie elliptique M87, a été réalisée en 2019 en combinant les données de huit radiotélescopes à travers le monde.
Le voisin le plus proche de la Voie lactée est la galaxie Canis Major Dwarf, à une distance d'environ 25 000 oreilles lumineuses. Les galaxies lointaines nous paraissent très faibles et sont donc difficiles à observer. Afin d'obtenir des images de galaxies lointaines, il est nécessaire d'employer de grands télescopes avec un pouvoir de résolution élevé et de prendre de longues expositions pour recueillir suffisamment de lumière de ces objets.
Les galaxies ne sont pas dispersées au hasard dans tout l'univers. Au contraire, la galaxie moyenne fait partie d'un amas de galaxies. Ces amas se composent de centaines, voire de milliers de galaxies liées entre elles par leur attraction gravitationnelle mutuelle. Les amas de galaxies eux-mêmes sont également regroupés dans des structures plus grandes appelées superamas. La Voie lactée fait partie de ce qu'on appelle notre groupe local de galaxies, qui comprend plus de 54 galaxies. Le groupe local est un membre éloigné du cluster de la Vierge, qui fait partie du superamas de la Vierge, qui fait à son tour partie du superamas de Laniakea.
Les interactions entre les galaxies influencent leur apparence et leur évolution. Dans le passé, on croyait qu'un type de galaxie pouvait évoluer vers un type différent tout au long de sa vie, mais les connaissances scientifiques actuelles montrent que les interactions gravitationnelles sont à l'origine de certains types de galaxies. Par exemple, des galaxies elliptiques peuvent être créées par des fusions entre de grandes galaxies prédécesseurs, et en même temps, ces événements peuvent déclencher une flambée intense de formation d'étoiles dans les galaxies en interaction.
