Galaksi
Galaksi starburst ditandai oleh adanya konsentrasi gas penuh debu dan kemunculan bintang-bintang yang baru dibentuk, termasuk bintang-bintang masif yang mengionisasi awan-awan molekul di sekitarnya dan membentuk wilayah-wilayah H II. Bintang-bintang masif ini menghasilkan ledakan supernova, yang mengakibatkan menyebarnya sisa-sisa supernova dan berinteraksi dengan kuat dengan gas-gas di
sekitarnya. Hal ini memicu reaksi berantai pembentukan bintang yang menyebar ke seluruh wilayah galaksi yang berisi gas. Hanya ketika gas yang tersedia sudah hampir habis atau menyebar, maka aktivitas pembentukan bintang berhenti.
Galaksi starburst sering diasosiasikan dengan galaksi-galaksi yang sedang bergabung atau berinteraksi. Contoh dasar dari interaksi yang menghasilkan galaksi starburst adalah M82, yang tadinya berpapasan dengan galaksi M81 yang lebih besar. Galaksi tak beraturan sering kali memiliki titik-titik aktivitas pembentukan bintang yang tersebar.
Sebagian dari galaksi yang dapat kita amati tergolong aktif. Maksudnya, di dalam galaksi tersebut terdapat sebuah sumber tunggal selain bintang, debu atau medium antarbintang yang memancarkan energi dalam jumlah yang signifikan dari keseluruhan energi keluarannya.
Model standar inti aktif galaksi terdiri atas sebuah lubang hitam supermasif pada wilayah inti galaksi, dan piringan akresi yang mengelilingi lubang hitam tersebut. Radiasi dari inti aktif galaksi diakibatkan oleh energi gravitasi materi yang terjatuh dari piringan akresi ke dalam lubang hitam. Kira-kira 10% inti aktif galaksi menghasilkan sepasang semburan berenergi tinggi dengan
arah yang berlawanan, yang melontarkan partikel-partikel dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Mekanisme penghasilan semburan ini masih belum dimengerti dengan baik.
Galaksi-galaksi aktif yang memancarkan radiasi tinggi energi dalam bentuk sinar x diklasifikasikan sebagai Galaksi Seyfert atau kuasar, tergantung kecemerlangannya. Dapat juga berupa Blazar yang dipercaya merupakan galaksi aktif yang salah satu semburan relativistis-nya mengarah ke bumi. Ada juga galaksi radio yang memancarkan frekuensi radio dari semburan relativistis.
Sebuah model terpadu dari jenis-jenis galaksi aktif ini menjelaskan bahwa perbedaan tiap jenis didasarkan pada sudut pandang pengamat.
Daerah garis-emisi inti rendah-ionisasi (LINER) kemungkinan ada hubungannya dengan inti aktif galaksi (dan juga daerah starburst). Emisi dari galaksi tipe LINER didominasi oleh unsur-unsur yang terionisasi dengan lemah. Sekitar sepertiga dari galaksi yang ada di sekitar kita tergolong memiliki inti LINER.
Studi tentang pembentukan dan evolusi galaksi berusaha untuk menjawab pertanyaan tentang bagaimana galaksi terbentuk dan jalur evolusi yang ditempuhnya sepanjang sejarah alam semesta. Beberapa teori di bidang ini telah dapat diterima secara luas, tetapi bidang ini masih merupakan bidang yang aktif berkembang dalam astrofisika.
Model kosmologi yang ada saat ini mengenai alam semesta awal didasarkan pada teori Dentuman Besar. Sekitar 300000 tahun setelah peristiwa Dentuman Besar, atom-atom hidrogen dan helium mulai terbentuk, dalam sebuah peristiwa yang disebut rekombinasi. Hampir semua hidrogen adalah netral (tidak terionisasi) dan dengan mudah menyerap cahaya, serta belum ada
bintang yang terbentuk. Akibatnya periode ini disebut "Zaman Kegelapan". Dari fluktuasi kepadatan (atau ketidakseragaman anisotropi) dalam materi purba inilah struktur-struktur yang lebih besar mulai muncul. Hasilnya, massa materi barionik mulai memadat dalam cincin cahaya materi gelap dingin. Struktur-struktur primordial inilah yang akhirnya menjadi galaksi yang kita lihat hari ini.
Bukti tentang kemunculan awal galaksi ditemukan pada tahun 2006, ketika diketahui bahwa galaksi IOK-1 memiliki geseran merah yang luar biasa tinggi sebesar 6.96, setara dengan jangka waktu hanya 750 juta tahun setelah Dentuman Besar. Hal ini menjadikannya sebagai galaksi terjauh dan paling purba yang pernah dilihat. Meskipun beberapa ilmuwan mengklaim objek
lainlah (misalnya galaksi Abell 1835 IR1916) yang memiliki geseran merah lebih tinggi (dan karena itu sudah ada pada tahap yang lebih awal dalam evolusi alam semesta), namun usia dan komposisi IOK-1 ditentukan dengan cara yang lebih dapat diandalkan. Adanya protogalaksi yang seawal itu kemunculannya menunjukkan bahwa protogalaksi tersebut pastilah berkembang
dalam apa yang disebut "Zaman Kegelapan". Namun, pada bulan Desember 2012 para astronom melaporkan bahwa galaksi UDFj-39546284 adalah galaksi terjauh yang diketahui dengan nilai geseran merah 11.9. Galaksi tersebut diperkirakan sudah ada sejak sekitar "380 juta tahun" setelah Dentuman Besar (setara dengan sekitar 13.8 miliar tahun yang lalu), dan berjarak kira-kira 13.42 miliar tahun cahaya.
Bagaimana proses rinci terbentuknya galaksi seawal itu berlangsung masih merupakan sebuah pertanyaan pokok yang belum terjawab dalam astronomi. Teori yang ada dapat dibagi dalam dua kategori: dari atas ke bawah (top down) atau dari bawah ke atas (bottom-up). Dalam teori top-down (seperti model Eggen-Lynden-Bell-Sandage [ELS]), protogalaksi terbentuk dalam sebuah
runtuhan serentak berskala besar yang berlangsung selama kira-kira seratus juta tahun. Dalam teori bottom-up (seperti model Searle-Zinn [SZ]), struktur kecil seperti gugus bola terbentuk dahulu, lalu kemudian sejumlah struktur tersebut bergabung untuk membentuk galaksi yang lebih besar.
Begitu protogalaksi mulai terbentuk dan mengerut, bintang-bintang halo pertama pun (disebut bintang Populasi III) muncul di dalamnya. Bintang-bintang ini tersusun hampir seluruhnya oleh hidrogen dan helium dan kemungkinan berukuran masif. Jika memang benar demikian, maka bintang-bintang yang sangat besar ini akan menghabiskan pasokan bahan bakarnya dengan cepat dan menjadi supernova, melepaskan unsur-unsur berat ke
medium antarbintang. Bintang-bintang generasi pertama ini mengionisasi ulang hidrogen netral sekitarnya, menciptakan gelembung ruang yang mengembang yang bisa dengan mudah dilalui cahaya.
Dalam masa satu miliar tahun pembentukan galaksi, struktur-struktur kunci mulai muncul: gugus-gugus bola, lubang hitam supermasif pusat, dan sebuah tonjolan galaksi yang terdiri dari bintang Populasi II yang miskin logam sudah terbentuk. Terciptanya sebuah lubang hitam supermasif tampaknya memainkan peranan penting dalam mengatur pertumbuhan galaksi secara aktif, dengan membatasi jumlah materi tambahan yang ditambahkan. Sepanjang epos awal ini, galaksi mengalami lonjakan besar pembentukan bintang.
Selama dua miliar tahun berikutnya, akumulasi materi mengendap menjadi piringan galaksi. Sepanjang hidupnya sebuah galaksi akan terus menyerap materi yang tertarik dari awan kecepatan tinggi dan galaksi katai. Materi tersebut kebanyakan adalah hidrogen dan helium. Siklus kelahiran dan kematian bintang perlahan-lahan meningkatkan kelimpahan unsur-unsur berat yang akhirnya memungkinkan pembentukan planet.
Evolusi galaksi dapat secara signifikan dipengaruhi oleh interaksi dan tabrakan. Penggabungan galaksi merupakan hal yang biasa terjadi selama epos awal, dan kebanyakan galaksi dalam masa ini memiliki bentuk yang aneh. Mengingat jarak antara bintang-bintang yang berjauhan, sebagian besar sistem bintang pada galaksi yang bertabrakan tidak akan terpengaruh. Namun, pelucutan gravitasional yang
dialami gas dan debu antarbintang pada lengan spiral galaksi akan menghasilkan deretan panjang bintang-bintang yang dikenal sebagai ekor tidal. Contoh formasi ini dapat dilihat pada NGC 4676 atau Galaksi Antena.
Sebagai contoh untuk interaksi yang demikian adalah galaksi Bima Sakti dan galaksi Andromeda di dekatnya. Keduanya saling bergerak menuju satu sama lain dengan kecepatan kira-kira 130 km/s, dan tergantung pada pergerakan menyisinya, keduanya dapat bertabrakan dalam waktu sekitar lima sampai enam juta tahun. Meskipun Bima Sakti tidak pernah bertabrakan dengan