Galáxias são coleções de bilhões de estrelas; nossa galáxia, a Via Láctea, é um exemplo típico. Estrelas, gás e poeira interestelar orbitam o centro da galáxia devido à atração gravitacional de todas as outras estrelas. Novas gerações de estrelas nascem a partir do gás que se condensa dentro de regiões chamadas nuvens moleculares gigantes e, às vezes, estrelas se formam dentro de aglomerados estelares. Quando uma estrela chega ao fim de sua evolução, pode devolver muito do seu gás de volta para o meio interestelar, que será a fonte de uma nova geração de estrelas. Galáxias podem ser pensadas como sistemas que transformam gás em estrelas e vice-versa.

Quando nós olhamos para uma galáxia, a luz que vemos vem de duas fontes. Primeiro, vemos a luz de bilhões de estrelas; como a maioria das galáxias está muito distante, não vemos as estrelas individualmente – apenas a luz difusa combinada de todas elas. Em segundo lugar, vemos luz fluorescente emitida pelo gás ionizado por estrelas quentes e luminosas. Estas nuvens de gás brilhantes assinalam os locais em que se encontram estrelas recém-nascidas – geralmente se parecem com contas, como em um colar, penduradas nos braços das galáxias espirais. A luz proveniente tanto das estrelas quanto do gás é, em parte, enfraquecida pela poeira dentro do meio interestelar da galáxia.

Comparadas com o Sistema Solar, galáxias são imensas. Viajando a velocidade da luz, levaria cerca de 2 segundos para ir da Terra a Lua e cerca de 5 horas e meia para ir do Sol até Plutão. Levaria 25 mil anos para ir do centro da Via Láctea até a posição do Sol. A Via Láctea tem mais de 100 bilhões de estrelas, mas as estrelas estão tão distantes umas das outras que quase nunca se chocam. Até mesmo o fato de duas estrelas passarem perto uma da outra já é extremamente incomum. Como estrelas raramente interagem entre si, suas órbitas ao redor da galáxia dificilmente mudam. Órbitas de estrelas refletem o movimento do gás a partir do qual foram formadas. Portanto, a forma de uma galáxia nos conta as condições em que foi formada – a menos que a galáxia tenha sofrido uma colisão.

Enquanto estrelas dentro de uma galáxia estão separadas por distâncias muito maiores comparadas aos seus tamanhos, galáxias estão separadas das suas vizinhas mais próximas por distâncias que são bem menores quando comparadas com os tamanhos de galáxias. Então, colisões entre galáxias enquanto se movem no espaço intergaláctico não são incomuns. Quando galáxias colidem, elas se interpenetram – as estrelas se movem livres pela região – mas as nuvens de gás de uma galáxia são comprimidas e freadas pelas nuvens de gás da outra. As órbitas das estrelas podem ser substancialmente perturbadas (por causa da força gravitacional que uma galáxia imprime na outra), e a compressão das nuvens de gás podem estimulá-las a se colapsar e formar estrelas em uma taxa especialmente alta.

Como as estrelas em galáxias estão tão distantes umas das outras, a região onde se localiza uma galáxia é geralmente muito fraca. Do seu quintal, você teria dificuldade de ver qualquer galáxia a olho nu, mesmo as mais próximas. No entanto, mapas do SDSS mostram galáxias em abundância, a ponto de se ter tantas galáxias quanto estrelas. Estrelas aparecem como pequenos pontos (estrelas brilhantes possuem uma estrutura em forma de cruz, mas é um efeito do próprio telescópio). As galáxias maiores e mais brilhantes são facilmente identificadas: são pequenas regiões de luz com uma rica variedade de formas, de elípticas a espirais. Muito mais numerosas, galáxias mais fracas são difíceis de serem encontradas. Procure por imagens que são mais indistintas e de menor contraste do que as estrelas pontuais.

Classificação de Galáxias

Existem muitos tipos diferentes de galáxias, que não apenas possuem aparências distintas, como também têm diferentes histórias evolucionárias. As três classes fundamentais de galáxias são: elíptica, espiral e irregular. Essas categorias são divididas em subclasses, geralmente ilustradas usando um diagrama de Hubble, em forma de diapasão. Originalmente, os cientistas pensaram que este diagrama poderia representar uma seqüência evolucionária para galáxias, mas hoje sabemos que isso não é verdade. A formação e evolução de galáxias são processos complexos, que não são bem compreendidos.

			Sa	Sb	Sc	Sd
E0	E6	S0
			SBa	SBb	SBc	SBd

Elípticas

Galáxias elípticas são assim chamadas porque possuem formas elípticas: se parecem com ovos grandes e difusos ou com bolas de futebol americano. Estrelas em elípticas não estão espalhadas em um disco fino, como ocorre em galáxias espirais; ao invés disso, elas estão espalhadas, de forma uniforme, ao redor do centro da galáxia em todas as direções. Elípticas possuem variações suaves de brilho, com o nível de luminosidade decrescendo de forma constante do centro para as regiões externas. Se você olhar para uma superfície em forma de elipse que circunda o centro de uma elíptica, todas as estrelas nessa superfície terão brilhos parecidos. Todas as galáxias elípticas têm também praticamente a mesma cor: um tanto mais avermelhadas do que o Sol. No diagrama de Hubble, são classificadas como E, seguido por um número que indica quão elíptica é uma dada galáxia. Quanto maior o número, mais elíptica é a galáxia, ou seja, mais comprida é a galáxia em relação à sua largura.

A cor avermelhada das elípticas (assim como outras observações mais detalhadas) nos conta algo importante de suas histórias. A cor vermelha das galáxias vem das estrelas mais velhas e mais frias. O fato da maior parte da luz vir de estrelas velhas sugere que a maioria das elípticas se formou há muito tempo. O fato da cor de uma elíptica ser mais ou menos a mesma ao longo da galáxia sugere que a maioria das estrelas nessas galáxias se formou aproximadamente ao mesmo tempo.

Além disso, a maior parte das galáxias elípticas no universo são encontradas perto de outras também elípticas, em aglomerados de galáxias. Nesses aglomerados, cerca de 75% das galáxias são elípticas. Essa aglomeração também sugere que elas se formaram há muito tempo atrás, porque galáxias parecem ter se formado primeiro em regiões de alta densidade, como em aglomerados.

As maiores galáxias do Universo são galáxias elípticas gigantes. Elas podem conter um trilhão de estrelas ou mais e se entendem por 2 milhões de anos luz – cerca de 20 vezes a largura da Via Láctea. Algumas parecem possuir buracos negros supermassivos nos corações delas – monstros devoradores de estrelas tão pesados quanto 3 bilhões de sóis. Essas gigantes elípticas são geralmente encontradas nos corações de aglomerados de galáxias.

Espirais

Espirais Galáxias espirais, como a da esquerda, possuem discos achatados de estrelas e bojos luminosos chamados de núcleo em seus centros. Braços espirais envolvem-se nesses bojos. Um halo esférico maior de estrelas envolve o núcleo e os braços. Braços espirais provavelmente se formam como resultado de ondas que atravessam toda a região do disco galáctico. Assim como as ondas no mar, as chamadas "ondas de densidade" não carregam nenhum material com elas - elas se movem através da perturbação do material pelo qual passam. No caso de galáxias, ondas de densidade comprimem nuvens de gás interestelar, causando a formação de novas estrelas dentro das nuvens. Algumas estrelas recém-nascidas são massivas, quentes e brilhantes, fazendo com que os braços espirais apareçam luminosos. Essas estrelas massivas são azuis ou brancas, de tal forma que os braços espirais pareçam também branco-azulados. Quando vistas de lado, os braços espirais geralmente se parecem com raias escuras, pois contêm muita poeira interestelar que bloqueia a luz do bojo. Os espaços entre os braços contêm estrelas mais velhas, que não são tão brilhantes. No entanto, os bojos das espirais são geralmente vermelhos, como galáxias elípticas, sugerindo que eles podem ser compostos de estrelas mais velhas.

Em algumas espirais, a onda de densidade organiza as estrelas centrais em uma barra. Os braços de galáxias espirais barradas espiralam-se na região posterior ao fim da barra. A Via Láctea pode pertencer a essa classe de espirais, chamadas espirais barradas.

No sistema do diagrama de Hubble, espirais normais são designadas por "S" e as variedades de barradas por "SB". Cada uma dessas classes são sub classificadas em três tipos, dependendo do tamanho do núcleo e do grau em que os braços espirais estão enrolados. As três subclasses são denotadas com letras minúsculas "a", "b" e "c". Algumas galáxias são também intermediárias entre elípticas e espirais. Essas galáxias intermediárias possuem um disco com formato característico de espirais, mas não possuem braços. Essas formas intermediárias possuem a denominação "S0". Três galáxias espirais são mostradas abaixo.

Irregulares

A última classe de galáxias, "irregulares", contém uma miscelânea de formas - qualquer coisa que não se pareça nem com espiral, nem com elíptica. Qualquer galáxia com forma não identificável - cujas estrelas, gás e poeira estão espalhadas aleatoriamente - é classificada como irregular. As irregulares são as menores galáxias, podendo conter apenas 1 milhão de estrelas. Elas podem ser "blocos de construção" que se juntaram formando as primeiras grandes galáxias.Muitas galáxias irregulares pequenas orbitam a Via Láctea, incluindo a Grande Nuvem de Magalhães e a Pequena Nuvem de Magalhães.

Hubble reconheceu dois tipos de galáxias irregulares, Irr I e Irr II. Irr I é o tipo mais comum de galáxia irregular. Este tipo parece ser uma extensão das classes de espirais, além do Sc, em galáxias com nenhuma estrutura espiral discernível. Galáxias Irr I são azuis, altamente definidas e podem tanto possuir um pequeno núcleo como não possuir núcleo algum. Galáxias Irr II são raras. Este tipo inclui várias formas de galáxias caóticas, as quais parecem ter se formado de muitas e diferentes maneiras.

Quasares

Quasares foram inicialmente descobertos no início dos anos 60, quando radio astrônomos identificaram uma pequena estrela, designada por 3C 48, que emite intensas ondas de rádio. Quando eles mediram o espectro dessa estrela, descobriram algo completamente inesperado: o espectro era plano com diversas linhas de emissão inesperadas e completamente inexplicáveis. O objeto permaneceu envolto em mistério até que outro objeto similar, porém mais brilhante, 3C 273, foi descoberto em 1963. Astrônomos notaram que o 3C 273 tinha um espectro normal, com as mesmas linhas de emissão observadas em radio galáxias, mas o espectro tinha sido muito deslocado para o vermelho ("redshifted") (ou seja, as linhas espectrais foram encontradas em comprimentos de onda bem maiores do que o esperado). Essa observação explicou o mistério do espectro do 3C 48: era na verdade um espectro comum de uma radio galáxia, mas tinha sido tão deslocado para o vermelho que as linhas espectrais conhecidas se encontravam bem longe de onde deveriam, o que fez com que não fossem reconhecidas. Quando um objeto se afasta de nós, suas linhas espectrais sofrem um deslocamento para o vermelho ("redshift"); quanto mais rápido o afastamento, maior é o redshift. Entretanto, se o redshift do objeto 3C 273 fosse devido apenas à sua velocidade, esta teria que ser maior do que a velocidade da luz - o que é impossível. Muitos outros desses objetos foram encontrados e ficaram conhecidos como fontes de rádio quasi-estelares ou, abreviando, quasares.

Imagem do SDSS de um quasar em redshift 5,8

Hoje sabemos que quasares são galáxias com núcleos extremamente energéticos. A quantidade de radiação emitida por esse núcleo supera em muita a luz proveniente de todo o resto da galáxia, de tal forma que apenas técnicas especiais de observação podem revelar a existência do restante da galáxia. O núcleo explica o porquê dos quasares parecerem estrelas - tudo o que podemos ver é o motor brilhante central.

Embora o núcleo de um quasar seja extremamente pequeno - apenas do tamanho do Sistema Solar - ele emite até 100 vezes mais radiação do que uma galáxia inteira. A galáxia que é a base de uma imagem brilhante de um quasar é provavelmente bem normal, exceto pelos efeitos superficiais de larga escala provocados pelo quasar no seu centro. Acredita-se que a energia dos quasares é proveniente de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias. A radiação intensa que vemos vem da matéria se movendo em redemoinho e caindo no buraco negro.

O SDSS (e mapeamentos do céu que usam luz visível) pode encontrar quasares distantes em redshifts entre 4 e 6, ou 90% tão velhos quanto o próprio Universo, pois quasares se parecem com estrelas mas possuem cores peculiares. Procurando por objetos, do tipo de estrelas, fracamente luminosos e extraindo seus espectros, o SDSS espera encontrar milhares de quasares em redshifts maiores do que 4. O mais distante quasar já encontrado, em redshift 6,4 , foi visto pelo SDSS em janeiro de 2003.