การแล็กซี Galaxy คือ กลุ่มดาวจำนวนมากมหาศาล ที่สามารถลอยตัวร่วมกันเป็นกลุ่มใหญ่ในอวกาศ ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ซึ่งกระทำต่อกันและกัน ภายในกาแล็กซีนอกจากจะมีดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์แล้ว อาจมีละอองดาว ฝุ่นอวกาศ อุกกาบาต ดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ฯลฯ ด้วย สุริยจักรวาลของเราที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง เป็นระบบหนึ่งในหนึ่งแสนล้านระบบที่กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way) มี และจักรวาลมีกาแล็กซีมากเป็นล้านล้านกาแล็กซี
ในอดีตเมื่อ 200 ปีก่อน มนุษย์ไม่เคยรู้ความแตกต่างระหว่างคำว่า กาแล็กซีกับจักรวาล แม้กระทั่ง William Werschel นักดาราศาสตร์ผู้พบดาวมฤตยูก็คิดว่า ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก แต่มา ณ วันนี้ เรารู้ว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกที่เราอยู่นั้น มีขนาดอภิมโหฬารมากจนแสงที่พุ่งออจากขอบข้างหนึ่งของกาแล็กซีต้องใช้เวลานาน 1 แสนล้านปี จึงจะเดินทางถึงขอบอีกด้านหนึ่ง เรายังรู้อีกว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกมิมีลักษณะเหมือนจานแบนและนูนตรงกลาง เพราะบริเวณส่วนนี้มีดาวฤกษ์อยู่กันหนาแน่นนับร้อยล้านดวง ซึ่งมากจนนักดาราศาสตร์ไม่สามารถเห็นจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกได้ ส่วนดวงอาทิตย์นั้น ก็โคจรอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของทางช้างเผือกประมาณ 25,000 ปีแสง (ซึ่งหมายความว่า แสงต้องใช้เวลาเดินทางจากดวงอาทิตย์ถึงจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีนาน 25,000 ปี) และมันกำลังโคจรไปรอบจุดศูนย์กลาง โดยใช้เวลานาน 230 ล้านปี จึงจะโคจรไปได้ครบหนึ่งรอบ
ความสนใจของนักดาราศาสตร์ปัจจุบันเกี่ยวกับกาแล็กซี มีหลายประเด็นเช่น มันถือกำเนิดมาได้อย่างไร และบริเวณตรงกลางของกาแล็กซีมีดาวประเภทใดอยู่ ดาวในกาแล็กซีถือกำเนิดอย่างไร และดับขันธ์อย่างไร ฯลฯ
สำหรับประเด็นกำเนิดกาแล็กซีทางช้างเผือกนั้น ก็มีตำนานรักในอดีตซึ่งกล่าวว่า เทพ Jupiter ซึ่งนอกจากจะเป็นบิดรแห่งเทพทั้งหลายแล้ว ยังเป็นเทพเจ้าที่มักมากในกามคุณด้วย พระองค์ทรงมีเพศสัมพันธ์กับสตรีปุถุชนชื่อ Alcmene และนางได้ให้กำเนิดเทพ Hercules ในเวลาต่อมา และเมื่อ Jupiter ทรงเห็นมเหสี Juno ของพระองค์กำลังทรงบรรทมหลับสนิท พระองค์จึงทรงอุ้มบุตร Hercules น้อยให้เข้าไปดื่มพระกษิรธารา (น้ำนม) ของ Juno การลอบดื่มนมเช่นนี้ ทำให้เทพธิดา Juno ตกพระทัย จนพระเต้าสลัดพระกษิรธารากระจัดกระจายกลายเป็นดาวและเดือนในทางช้างเผือก นี่คือเรื่องเล่าที่ Gauis Julius Hygienus บรรณารักษ์ประจำห้องสมุดของ Caesar Augustus ได้ให้ไว้เมื่อ 2,100 ปีก่อนนี้ และจิตรกรชาวเวนิสชื่อ Tontoretto ได้วาดภาพ The Origin of the Milky Way ในปี พ.ศ. 2123
ณ วันนี้ เรายังมิรู้ชัดเจนว่า กาแล็กซีที่มีดาวนับแสนล้านดวงนี้มาจากไหน และกำลังไปไหน ดังนั้น นักดาราศาสตร์หลายคนจึงสนใจดูบริเวณตรงกลางกาแล็กซี เพราะที่นั่นมีแก๊สร้อนปริมาณมาก และแก๊สร้อนนี่เองที่จะให้กำเนิดดาวฤกษ์ อันเป็นสมาชิกของกาแล็กซีในเวลาต่อมา นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ก็ยังเชื่ออีกว่า ที่จุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก มีหลุมดำ (black hole) ที่มีมวลมหาศาลอยู่ ดังนั้น เขาจึงได้พยายามสังเกตดูการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ที่กำลังโคจรอยู่ไม่ใกล้ไม่ไกลจากจุดศูนย์กลางกาแล็กซีนัก คือใกล้ระดับชั่วโมงแสง และไม่ไกลระดับปีแสง เพราะดาวฤกษ์ที่โคจรที่ระยะใกล้เช่นนี้ จะใช้เวลานานเพียงไม่กี่ปี ก็สามารถเดินทางได้ครบหนึ่งรอบ (ดวงอาทิตย์ใช้เวลา 230 ล้านปี จึงจะไปได้ครบหนึ่งรอบ)
และก็ได้พบว่า ในการที่จะเห็นดาวที่มีสเปกเช่นนี้ได้ นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ ที่มีเลนส์ขนาดใหญ่ราว 8 เมตรเช่น กล้องที่ European Southern Observatory’s Very Large Telescope ในประเทศ Chile หรือกล้องที่มีเลนส์ขนาด 10 เมตร เช่น กล้อง Keck Telescope ที่ Hawaii โดยจัดให้กล้องรับแสงอินฟราเรดจากดาวฤกษ์ที่ต้องการศึกษา ทั้งนี้เพราะแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 2 x 10-6 เมตรขึ้นไป สามารถทะลุทะลวงผ่านฝุ่นละอองอวกาศมาถึงดวงอาทิตย์และโลกได้
เมื่อเดือนมีนาคม ปีพ.ศ.2545 Reinhard Genzel แห่งสถาบัน Max Planck ที่เมือง Garching ในเยอรมนีได้รายงานการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่โคจรใกล้จุดศูนย์กลางของทางช้างเผือกว่า ดาว S2 ดวงนี้ มีความเร็วในการโคจรสูงมากถึง 5,000 กิโลเมตร/วินาที (โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว 30 กิโลเมตร/วินาที) ดาว S2 โคจรเป็นวงรี โดยมีระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของทางช้างเผือก 17 ชั่วโมงแสง การสังเกตที่ใช้เวลานาน 10 ปี แสดงให้เห็นว่า S2 จะใช้เวลานาน 15.2±0.8 ปี เพื่อโคจรไปได้ครบหนึ่งรอบและ Genzel ก็ได้รายงานว่า ที่จุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกนั้น มีหลุมดำที่มีมวล 2 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์อยู่ การพยายามสังเกตดูดาวฤกษ์อีกดวงที่ชื่อ Sagittarius ซึ่งอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของทางช้างเผือกยิ่งกว่าดาวฤกษ์ S2 ทำให้ Genzel เห็นรังสีเอ็กซ์มากมาย ซึ่งเป็นรังสีที่เกิดเวลาแก๊สร้อนของ Sagittarius ถูกหลุมดำดึงดูด้วยผลงานมหาศาล จนทำให้แก๊สแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
การพบหลุมดำในบริเวณใจกลางของทางช้างเผือกนี้ จะช่วยให้นักดาราศาสตร์รู้ว่าดาวต่างๆ มีการดับขันธ์อย่างไร และการมีหลุมดำยังช่วยให้นักฟิสิกส์สามารถใช้หลุมดำที่พบทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ได้ด้วย
เมื่อวันที่ 6 มกราคม พ.ศ.2546 ในการประชุมของ American Astronomical Society นักดาราศาสตร์ชื่อ H.J. Newberg แห่ง Rensselaer Polytechnic ได้รายงานว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา มีโครงสร้างลักษณะเดียวกับดาวเสาร์คือ มีวงแหวนล้อมรอบ วงแหวนที่ว่านี้ประกอบด้วย ดาวฤกษ์ใหญ่น้อยเรียงรายรอบทางช้างเผือกเป็นวงกลม โดยมีรัศมีประมาณ 60,000 ปีแสง
สำหรับที่มาของวงแหวนนี้ นักดาราศาสตร์หลายคนเชื่อว่า ในอดีตเมื่อ 10,000 ล้านปีก่อน กาแล็กซีทางช้างเผือกได้พุ่งชนกาแล็กซีขนาดเล็กกาแล็กซีหนึ่ง การชนกันทำให้กาแล็กซีทั้งสองหลอมรวมเป็นหนึ่งเดียว และดาวใหญ่น้อยซึ่งอยู่ที่บริเวณขอบกาแล็กซีกระจัดกระจายไปโคจรรอบกาแล็กซีที่เกิดใหม่
นี่คือวิธีหนึ่งที่กาแล็กซีใช้ในการถือกำเนิด คือแทนที่จะเกิดจากการสร้างดาวฤกษ์ขึ้นมาทีละดวงๆ กลับใช้วิธีกลืนกินกาแล็กซีอื่น และคำถามประเด็นสุดท้ายที่ยังไม่มีคำตอบคือ เหตุใดดาวที่โคจรอยู่บริเวณขอบกาแล็กซี จึงไม่กระเด็นหลุดออกไปจากกาแล็กซี เพราะถ้าพิจารณาดาวทั้งกาแล็กซีแล้ว เราก็จะเห็นว่า แรงโน้มถ่วงไม่น่ามีมากพอจะดึงดูดให้ดาวฤกษ์เหล่านั้น โคจรไปรอบๆ กาแล็กซีได้ ในการตอบปัญหานี้นักฟิสิกส์ด้านดาราศาสตร์ปัจจุบันหลายคนเชื่อว่า การที่เป็นเช่นนั้นได้เพราะภายในกาแล็กซีมีสสารมืดที่เรายังไม่เห็น และไม่รู้ว่ามีอยู่อีกมาก และสสารมืด (dark matter) นี้เองที่ส่งแรงโน้มถ่วงยึดดาวฤกษ์ที่บริเวณขอบกาแล็กซีไม่ให้หลุดกระเด็นไ
