刚刚从原始气云凝结出来的星系胚胎是什么样子，天文学家尚不清楚，因为在第一代明亮的恒星形成以前，这些遥远的暗弱气体是很容易逃过最强大的望远镜的追踪的。随着时间的推移，原始星系云开始收缩和冷却，一步步分裂为更小更密的碎片，由这些碎片中最终诞生出第一代恒星。第一代恒星比太阳要重得多，明亮得多，寿命也短得多。在大约1000万年内便耗尽了自己的燃料，然后通过爆发形式把自己内部合成的重元素抛回星际空间，进入第二代、第三代恒星形成和演化的循环。上述过程的后果是星系越年轻，重元素的含量应越少，而颜色则应偏蓝。天文观测表明情况的确如此。

演化证据

一项针对形成早期宇宙的首批明亮星系的研究表明，大约在130亿年前，这些星系的数目发生了戏剧性的变化。这篇对宇宙最早期时星系演化的观察报告为星系形成等级理论提供了新证据，该理论认为，大星系建立在小星系间的碰撞和合并基础上。

美国加州大学天文学家理查德·伯文斯和加斯·伊凌沃斯利用哈勃太空望远镜对宇宙“大爆炸”发生后9亿年间星系的形成情况进行了研究，并在9月14日的《自然》杂志上介绍了他们的最新研究成果。

通过对太空中3块暗色斑块进行观测，伯文斯和伊凌沃斯捕捉到了130亿年前原始星系中的恒星发出的光亮。在如此遥远的距离，只有最明亮的星系才能为人们观察到。伊凌沃斯教授表示，这是至今人类获得的最遥远的红外和光学信号，它们帮助人们观察到星系形成最早期阶段的情况。

研究人员观察发现，“大爆炸”后的9亿年后有数以百计的明亮星系，而在“大爆炸”后2亿年间只有1个。伊凌沃斯说：“在‘大爆炸’后的7亿年间，并没有更大、更明亮的星系，而在随后的2亿年中却出现了许多，因此在这个时期，肯定有许多小星系在发生合并。”

天文学家可以通过光线红移现象了解太空光线是何时发出的。伯文斯开发出的软件可以自动在哈勃太空望远镜获得的数据群中搜寻出来自高红移星系的数据。伯文斯在加州大学做博士后研究，是此篇论文的第一作者。他表示，他们为宇宙结构形成提供了一种量化的测量方法，因此能够了解随着时间的变化，小星系转变成大星系的速度。

据悉，研究人员观察到的星系比今天我们所在的银河系和附近其他巨型星系要小许多。如果银河系是位年长者，那么观察到的星系则是姗姗学步的孩子或学龄前儿童。尽管研究人员此项研究中没有观察到小星系，但是，威尔金森微波各项异性探测器不久前准确探测到了它们的存在。

在天文物理学中，有关星系形成和演化的问题有：

在一个均质的宇宙中，我们是否居住在一个独特而与众不同的场所？

星系是如何形成的？

星系是如何随着时间改变的？

星系是如何形成的，依然是天文物理学中最活跃的一个研究领域，并且继续延伸至星系演化的领域，而有些观念与看法已经被广泛的接受。

从宇宙微波背景辐射的观测已经证实，在大霹雳之后，宇宙有一段时间是非常同质性的，其间的起伏低于十万分之一。

今天最能被接受的观点是原始扰动的成长形成今天我们所观察到的所有结构，原始扰动诱发局部地区气体的物质密度增加，形成星团和恒星。这种模型的一种结果是在早期宇宙的一些地区因为有较高一点的密度而形形成了星系，因此星系的诞生与早期宇宙的物理息息相关。

在这个领域的研究有许多都聚焦在我们自己的银河系，因为它是最容易观察的星系。这些观察必须能解释，或至少不再增加分歧的意见，星系演化的理论，包括：

星晕非常巨大、稀薄、没有自转(或是只有微量的顺向或逆向的转动)，也没有可观察出的结构。

存在于晕中的恒星和星盘中的比较，通常都非常老和金属量非常少(此处是一个对比，但是这些资料之间没有绝对的关联性。)

球状星团是典型的老与贫金属，不是所有的都像大多数的一样是贫金属，而且/或许有些是比较年轻的恒星。在球状星团中有些恒星的年龄看起来好像和宇宙一样老！(使用完全不同的测量和分析方法)

在每个球状星团之中，实际上都是在同一个时间诞生的。(只有少数几个显示有不同世代的恒星分别诞生)

轨道细小(接近星系中心)的球状星团，轨道接近星盘(对星盘是低倾斜的)和低离心率(比较圆些)，而距离较远的球状星团轨道来自所有的方向，也有较高的离心率。

高速云，中性氢的云气，如雨般的向星系坠入，并且推测从一开始就是如此。(这是形成星盘中的云气与恒星诞生所必须的来源)

在我们的银河系形成的现代理论中，最早期(据知是天文学家Els，之後提出论文的有Olin Eggen, Donald Lynden-Bell,和Allan Sandage)描述在一次单独(相对性的)的快速碰撞事件之後，银晕伴随著星系盘面诞生了。在1978年，出现另一种版本，(据知是SZ，作者有Leonard Searle and Robert Zinn)叙述的是一种渐进的过程，首先是较小的单位崩溃瓦解掉，然後才合并成为大的部份。

更为现代的想法是银晕可能是曾经环绕银河系旋转的矮星系和球状星团被毁灭之後的碎片，那麼银晕将是老的部分被回收更新成新天体的场所。

在最近几年，主要的想法被集中关注在星系演化上的合并事件，在电脑技术上的快速进展允许对星系演化做更好的模拟，并且观测技术的改进也提供了许多遥远星系经历合并事件的数据与资料。在1994年发现我们的卫星星系，人马座矮椭球星系(SagDEG)，正在被银河系逐渐的撕裂和吞噬之後，这种事件被认为在大星系的演化中是十分普遍的。麦哲伦云是我们的卫星星系，无疑的将来也会遭受和人马座矮椭球星系相同的命运。合并掉大的卫星星系的事件或许可以解释M31(仙女座大星系)看起来有双重核心的问题。

人马座矮椭球星系环绕我们我们银河系的轨道几乎是垂直银河盘面的，他正在穿越盘面，每次穿越时恒星都会被剥离并进入我们银河系的银晕内，最後，人马座矮椭球星系将只会剩下核心。尽管如此，他剩馀得质量仍然与巨大的球状星团，像人马座ω星团和G1一样，但看起来则相当不同，因为有大量神秘的暗物质出现，使它的表面密度较低，而一但成为球状星团，神秘的暗物质含量可能就很少了。

更多的矮星系与银河系正在进行合并的例子是大犬座矮星系，被认为和2003年发现的麒麟座环和2005年发现的室女座星流有关。

巨大的椭圆星系可能来自于规模较大或多次的吞噬作用。在本星系群的银河系和仙女座星系(M31)是重力的主宰者，两这正以高速彼此接近之中，由于我们还无法测出M31在垂直于视线方向上的速度，所以我们也不知道是否会愈银河系相撞。如果这两个星系相遭遇的话，重力扰动会使两著都很剧烈的抛出一些气体、尘埃和恒星进入星系际空间。 她们将各自分开移动、减速，然後因为重力牵引的作用再度碰撞。最後，这两个星系可能合而为一，喷出的气流和尘埃在新生成的巨大椭圆星系周围狂舞著；在合并过程中抛出的气体之中，新的球状星团，甚至矮星系都可能出现，并且成为椭圆星系的星系晕。来自M31和银河系的球状星团也会留在晕中，成为其中的一部份。由于球状星团内的恒星是紧紧的互相牵引住的，因此在这种大尺度的星系交互作用下能免于被摧毁；在恒星的尺度上，发生的改变很少。如果有人能从各处观察合并的过程，他将进行得很缓慢，但是很壮观的事件。在视野中，扭曲变形的M31非常壮观，几乎盘踞了整个天空，M31确确实实的被摧毁：边缘发生翘曲，这可能是与本身的伴星系交互作用造成的，也可能是不久前经过的矮扁球星系-残骸还是星系盘中能被看见的族群。

全世界范围内安装了数以百计的凯克望远镜和哈勃天空望远镜对星系演变进行密切的观测，其中夏威夷和美国航空航天局为中坚力量，但是近日美国航空航天局公布了一个关于星系的研究报告，在报告中我们可以看出一半的宇宙都出现了年龄格局的变化。

“天文学家认为磁盘星系附近的宇宙空间已经落户到其形态，而这个变化早在8亿年前就出现了”美国航天局首席研究员苏珊说到“我们已经观察到了这一趋势，很多星系这段时间内都在逐渐发生改变。”

如今，星系的形成主要是因为恒星的有规律的聚集成盘形，就像仙女座星系、银河系一样，而这些星系的自转也导致其内部的其他恒星发生一定规律形的运动改变。NASA科学家观测到遥远的蓝色星系跟别的星系所研究的结果不太相同，因为其内部的恒星的运动十分杂乱无章。不过蓝色星系正在逐步的形成规律的磁盘运动。

此图的分数趋势代表着盘状星系在四维空间的跨度，每个跨度约为3亿年之久。星系到时间有稳定的转向较高比例的趋势。在任何给定的时间内，越庞大的星系就位于更远的地方，而低质量星系在图上所表现出来的则是内部杂乱无章的运动规律，星系内的气体也是朝着不同方向在运动，而且是以较慢的速度在旋转。

蓝色星系是一种代指，NASA解释到，蓝色代表着星系内部有很多恒星正在形成，无规律运动的天体很少，仔细观察这一类星系，可以发现，他们的旋转速度比以往任何时候都要快。而这种趋势也是所有这一类的星系所共同表现出来的。

研究人员继续说到：“我们研究的这些遥远的蓝色星系正在逐渐形成旋转的盘状星系，就像我们的银河系。”

“以前的一些研究结果是有明显的误区的，因为那些星系的旋转规律根本不像我们所发现的其他的宇宙中的星系。”亚利桑那大学天文学家本杰明·韦纳说：“这些研究结果表现这些罕见的星系在宇宙中的表现十分正常，可以忽略那些错误的研究结果，从此可以看出星系并没有改变。”

研究员在研究星系内部运动规律的时候并非只是用太空望远镜观测，而是需要接受一些来自星系内部的发射线。这些发射线是典型的离散波长的辐射，是星系内射出的一种气体。研究院发现当星系所发出的光被分成它的组成颜色时。这些发射线中也夹带着星系的内部运动和距离的信息。

在过去的8亿年中，大型、小型星系之间的合并的数量在急剧下降。从而导致恒星形成的超新星爆炸的恒星的形成率和破坏率也急剧下降。科学家认为，这些变化很可能成为一种趋势。

天文学家透露，他们将会把发现的这种趋势，放入计算机模拟星系演化系统中，并得到这种趋势最后的结果。