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关于星系,你需要知道两个问题:(1)宇宙中几乎所有 可见物质都是集中于各个星系之中;(2)(1)的陈述应是不 正确的。这就是宇宙学家之间的所谓?星系问题?。虽然我 对这个问题的陈述有点唐突，但?宇宙为什么是这个样子 的问题(没有解决)也有很久的历史了。要想知道问题的所 在,你必须要考虑在宇宙创始大爆炸的背景下，星系在什么 情况下才可能形成。
在宇宙的早期,因为太热且密度太高，原子之间的冲撞会将它们立即打碎。这就意味着早期宇宙中的物质是一种 等离子体(plasma),像太阳，吸收着辐射。如果这等离子体 的一部分开始集结成为以后一个类似星系的结块，它就会 从周围吸收较多的辐射而炸散开来。只要宇宙还是很热以 致原子不能存在(这就是宇宙大约在最初五十万年的情 形),则星系就无法形成。一旦全面冷却下来到了原子可以 稳定存在的地步，则宇宙对于辐射的作用就开始变得明显因吸收辐射而形成的障碍一旦消失后，物质便可因重力而集结成为大块。
但问题也从这里开始。因为宇宙在扩张，大块物质就 在重力试着把它拉到一起时，也同时互相分开得越来越远。 如果等到原子可以开始形成时，物质早就已经分布得太离 散，而且移动得太迅速，永远没法被捕捉进入星系了。
这问题到了 20世纪80年代，又变得更严重了。因为这时对天空详细的审视显示不但大部分可见物质集结于星 系中,而且星系本身也集结成星团,而这些星系团又形成更 大的群组称作超星系团。在这些超星系团之间，是称作?虚 空7 void）区域的虚无空间。在目前，星系被认为是类似堆 叠起来的肥皂泡在超星系团中的物质是肥皂膜，而虚 无空间则是泡膜的中空部分。如果物质没法在宇宙创始大 爆炸时集结成星系，那么它当然不可能形成更大的星系团 和超星系团。
目前要解决星系问题有两条途径可以把它们称作 理论方法和观察方法。前者集中注意于找到某种方式以绕 过以上所介绍的两难情况，通常经过一种还未被证实的媒 介，如暗物质来完成。观察方法则不管理论上的困难，集中 力量于寻找遥远的星系。因为从这些星系发来的光，在达 到我们这里以前大多已经行走了亿万年，于是就有希望能 由此看见星系在形成时的模样。观察派认为，有了这种数 据来指路,理论派就可以把事情搞清楚。
最普遍的理论办法，如上面所描述的，是跟暗物质有关 的（见第二十四个问题）。这里的假说是:暗物质不起辐射 作用,因此能在原子形成以前就经过重力集结。根据这种 假想,宇宙一旦变得透明后，可见物质就被这时已经形成的 暗物质结块吸引到中心。小块的可见物质之间的重力互相 吸引并没有什么影响有意义的是暗物质的引力。根据 科学家所指派给不同暗物质的性质，就能从这类理论中确 定出星系、星系团和超星系团。
当理论派注视他们的电脑算出各种可能?生?出来的宇 宙时，观察派的天文学家则忙于试图提供能规定出我们生 活在其中的宇宙的数据。我们在观看遥远的物体时，是在 往从前的时间看。但遥远的物体也是暗淡的，这使得搜寻 很困难。有很长一段时间，已知最远的物体是类星体 点状的光源,以无线电波形式发送巨大的能量。但利用最 新的电子技术，天文学家已开始发现和类星体一样远的星 系。事实上，1995年时，天文学家已开始发现正在形成中 的星系它们的光，必定是在宇宙还不到十亿岁时，就已 离开这些原始星系了。但这类数据刚一收取时，理论家就 开始修正他们关于暗物质的假说，因为这些假说有很多难 以解释星系为何形成得这么快。
我认为在不远的将来，随着遥远的星系数据的累积，理 论家和观察者之间的互动会加速进行。我们当然希望这些 数据会过滤掉那些不可行的理论，而能把一开头我们提到 的陈述(2)排除。
这个问题我们就从星系为何旋转开始说起。
我们知道自旋不仅发生在构成物质的微小构件中，由庞大原子集合（10）组成的单个星系也在自旋。
上图的梅西耶95就是这样一个很好的例子。
但是这些旋转的星系是如何形成的呢？
要回答这个问题，我们必须追溯到宇宙的早期阶段，那时的宇宙空间几乎是完全平坦的。
当我们回溯到宇宙只有几十万年的时候，（微波背景在宇宙38万年的时候产生的）我们看到空间的一些区域比其他区域略冷(更蓝)，而有些区域则略热(更红)。这是为什么呢？
因为空间中的一些地方比其他地方的物质稍微多一些，而其他地方的物质稍微少一些。
宇宙中所有的空间都充满了相同的辐射，但物质越多的空间由于引力的作用，辐射能量被捕获，所以与平均温度相比，充满物质的区域温度似乎略低一些。相反，那些物质含量略低于平均水平的地方，由于没有引力的干扰和物质的吸收。因此辐射看起来更热。
随着时间的推移，寒冷地区（物质多的区域）密度会越来越大，这意味着它们增加的引力能吸引越来越多的物质。
结果就是，在数亿年的时间里，这些区域获得了越来越多的质量，最终成长为星系。下图很想象的描述了宇宙大尺度结构的形成：
至于星系一开始为何会旋转也很好理解，一些物质被引力拉进去的时候，引力就提供了物质的初始速度，获得了旋转的初始条件，这时的星系将从一些小的角动量开始。就像一个花样滑冰运动员开始慢慢旋转然后把她的手臂拉进去一样，由小的量角动量开始的物质集合会在重力的影响下继续坍塌。
由于角动量保持不变。由于星系的质量相同，但体积更小，所以它会旋转得更快。
还有另外一个问题，星系的旋转方向
据我们所知，一直以来我们认为宇宙中的星系总的角动量应该为0。换句话说，如果我们对螺旋星系进行一次大规模的排查，我们会发现在我们看来顺时针旋转的星系数量和逆时针旋转的星系数量是一样的。而且我们根据星系是如何旋转起来的，也能得知宇宙中的星系不应该有旋转方向的偏好，一切看起来都是随机的，那么从大概率上叫正反旋转应该是大体相同的。
由于目前我们的望远镜的发展，科学家就通过望远镜看向广阔的宇宙空间，看到散布在宇宙中的单个星系，以及聚集在一起的巨大的星系团，来验证这个猜想。就像下面的武仙座星系团。
这类研究的第一个结果表明了什么？科学家发现宇宙中星系似乎有一个偏爱的旋转方向。星系顺时针旋转的方向比相反的方向要多7%。
多出的部分可能是宇宙发生事故的概率，大约是百万分之一。
这一点目前还饱受争议。
科学家只使用了附近宇宙中的一个星系样本(大约15000个)，不清楚这是否是一个公平的样本，或者说这并不能代表整个宇宙的情况。
换句话说，这将是一个革命性的发现，推翻我们长期以来的观点：即宇宙在各个方向上是相同的。因此，确实需要一些有力并且足够的证据，来说明星系更喜欢在宇宙中朝一个方向旋转，所以目前并没有足够的证据表明宇宙喜欢往哪个方向转！
所以这就是为什么星系会自转，而且目前也认为星系并没有首选和偏爱的旋转方向，是随机大致相同的。
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