17.远古星系
定 义：宇宙大爆炸后形成的第一批星系，是我们目前的观测技术能探测到的极限。
发现历史：第一个古老的星系是在1996年拍摄的哈勃深场图像中观测到的。
关键突破：2011年1月，天文学家发现了一个距离大爆炸仅5亿年的星系。
重要意义：早期的不规则星系是构成后期像我们银河系这样更复杂系统的砖石。
来自哈勃空间望远镜的深场图像使天文学家能够追踪宇宙中最早的一代星系。这些婴儿恒星系统与我们今天所知的星系存在很大的不同，围绕它们的形成和演化仍有不少重要问题。
1996年，美国巴尔的摩市空间望远镜研究所（Space Telescope Science Institute）的天文学家们将正在轨道上运行的哈勃空间望远镜指向北天大熊座（Ursa Major）的一小块显然很空旷的天区，让来自宇宙深处的光子能够落到其宽场和行星相机（WF / PC2）的敏感探测器上并积累起来。拍摄进行了10天之久，共有342次单独曝光，然后通过电子技术叠加，产生了迄今为止获得的最深邃的宇宙视野。
越来越深邃
由于没有恒星或明亮的邻近星系，由此产生的标志性图像被称为哈勃深场（hubble deep field），哈勃深场揭示了那片天区中密密麻麻遍布的约3 000个遥远的星系，一直延伸到可见的极限，包括目前发现的最遥远也最古老的星系。该实验相当成功，于是又重复了几次，于1998年拍摄了南天哈勃深场〔杜鹃座（Tucana）中的一个天区〕以及哈勃超深场（HUDF），2004年对天炉座（Fornax）内一个区域进行了100万秒的研究。最近，哈勃空间望远镜已经与NASA的钱德拉X射线天文台和斯皮策空间望远镜、欧空局的多镜面X射线空间望远镜（XMM-Newton）和赫歇尔空间天文台（Herschel Space Observatory）共同参与了一个名为大天文台起源深度巡天（Great Observatories Origins Deep Survey，简称GOODS）的项目，以合成多波段图像。
远古不规则星系
利用这些壮观的图像以及罕见的由引力透镜聚焦和放大来自更遥远星系的光的情况，天文学家们现在可以回溯约132亿光年的空间和时间，回到第一批星系正在形成的时期。
由于宇宙的膨胀，来自最遥远星系的光在向地球传播的上百亿年时间中，经历了强烈的多普勒频移（译注：实际上，来自遥远星系的光的红移主要是空间本身膨胀造成的宇宙学红移，和运动产生的多普勒频移是不同的物理概念）。正因为如此，遥远的星系总是比附近的星系显得更加的红。事实上，当考虑到这一点，做过红移颜色改正之后，早期的星系会有更多的偏蓝和偏白的恒星，所以曾经被称为“蓝超出”星系。更重要的是，即使是基于几个像素的图像，也可以清楚地看到，这些星系中的绝大多数都缺乏现代局部宇宙中旋涡星系和椭圆星系显示的那种更有组织的结构。在图像的前景中（译注：前景意味着空间和时间上都离我们更近），天文学家们发现了多个例子，这些例子表明一些小星系合并成更大、更结构化的系统，并且开始显示旋涡特征的迹象。像这样的模式为星系随时间的演化方式提供了重要线索。
2011年，哈勃空间望远镜新发现了一批距离地球超过90亿光年的微小的遥远星系。这些不规则的星系中有大量恒星诞生，像早期宇宙中的灯塔一样闪耀，这很可能是因为它们通过星系合并和吸收来自周围星系际空间的物质而迅速积聚了质量。
原始邻居
2010年，哈勃空间望远镜团队发布了一幅令人惊叹的图像，图像显示远古的原始星系并不总在遥远的宇宙深处，也可以在距我们大约1.66亿光年的地方，以宇宙的标准看，这点距离可以说是刚出自家大门口。希克森致密星系群31（Hickson Compact Group 31）是一个由4个矮星系组成的星系团，它们从宇宙的远古时代存活下来，一直没怎么变化，到现在才聚集起来形成一个更大、更复杂的结构。星系之间的碰撞引发了一波恒星形成的婴儿潮，产生了年龄不超过1 000万年的明亮的年轻星团。在我们的邻居中找到这样的合并中原始星系，就好比找到了一个“活化石”。
“在图像的前景中，天文学家们发现了多个例子，一些小星系合并成更大、更结构化的系统，并且开始显示出旋涡特征的迹象。”
进入红外
来自遥远星系的光的多普勒频移（译注：宇宙学红移）也产生了另一个问题——最遥远和退行最快的星系的红移非常大，以至于它们的大部分光已经超出了可见光范围，只能在红外波段被探测到。2009年，在哈勃望远镜的最后一次任务期间，“亚特兰蒂斯号（Space Shuttle Atlantis）”航天飞机上的宇航员为哈勃空间望远镜安装了一台新仪器，叫作3号宽场相机（Wide-Field Camera 3）。该相机的首要任务之一就是重新拍摄哈勃极深场区域，以使用它的强化红外功能得到改进的图像。
通过分析这一新改进的HUDF09数据，天文学家得以发现新一批远古星系，进一步追溯宇宙的起源。2010年10月，法国巴黎大学的一个团队宣布他们发现了一个星系，他们通过红移计算出是131亿年前的远古星系，并得到欧洲南方天文台智利甚大望远镜（European Southern Observatory，Very Large Telescope）的进一步观测证实。3个月后，荷兰莱顿大学的天文学家雷哈德·布旺（Rychard Bouwens）和美国加州大学圣克鲁兹分校的加思·伊林沃思（Garth Illingworth）公布了一个比法国团队发现的远古星系还要古老约1亿年的候选星系存在的证据，这个星系在宇宙大爆炸后仅5亿年就开始闪耀了。
这样的星系太小而且太远，无法显示出任何结构，但是来自光谱的证据表明它们当中密集地聚集着恒星，这些恒星的形成时间可能还要再往前推2亿年。正如我们可以预期的那样，这些星系大部分由宇宙大爆炸产生的原料形成，似乎含有很少的尘埃。此外，根据使用日本国立天文台巨大的昴星团望远镜（National Observatory of Japan，Subaru telescope）进行的研究，这些星系发射出较多紫外辐射。这一点相当重要，因为它表明早期的星系以及第一批巨型的星族III恒星可能在星系际气体的再电离中发挥了重要作用。
尽管有所改善，但哈勃空间望远镜也有其局限，大多数天文学家都认为最近这些发现已经是哈勃空间望远镜所能看到的极限了。更遥远的星系具有更高的红移，使得它们的光的波长对于哈勃望空间远镜的红外波段来说太长，但对于当前这一代的专用红外天文望远镜来说又太短了。捕获超出目前仪器能力之外的、真正的第一批星系和星族III的光，将成为哈勃空间望远镜的继任者詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）的关键目标之一。这个巨型红外天文台配备一个口径达6.5米的低温冷却的主镜，预计将在这个十年的末尾发射（译注：韦伯空间望远镜的发射日期多次推迟，目前的计划发射时间是2021年3月底）。
像太阳这样的恒星是在巨大的恒星形成星云中产生的，例如距离我们约2 000光年远的沙普利斯2-106（Sharpless 2-106），其大小有若干光年。这一特殊星云中的翼状结构是由新生恒星的星风吹出的气体瓣，而炽热的新生恒星被包裹在中心的尘埃带中，在可见光波段探测不到它。