日报标题：一个这是我们依然在争论的问题：「什么是星系？」
黄崧，Astronomy is life!
很好的问题，涉及到一个我们现在还需要争论的问题，就是"什么是星系？"
随着星系观测推进到宇宙早期，我们意识到星系在幼儿期和青春期的各种性质和“成年”后的可能有不小地差别；另一方面，越来越好的观测在银河系周围揭示出了各种之间不曾想象过得暗弱卫星星系的存在，尤其是一类叫做矮椭球星系的观测，彻底模糊了传统的，在星系和星团之间的光度和质量界限。自引力束缚的大量恒星集合的传统定义已经不在适用。
在 Lambda-CDM 宇宙学的语境下，定义和研究星系的关键可能是其居住的暗物质晕。在这个宇宙学图景下，原初的密度扰动引起不同结构上的暗物质坍缩形成不同质量的暗物质晕，在暗物质晕内部的少量重子物质通过辐射损失能量逐渐聚集到暗物质晕中心；这一复杂过程里分子气体冷却坍缩，在小尺度上产生恒星形成，这些被称为 Pop III 的第一代恒星开始照亮宇宙。由于原初气体基本不含有比 H 和 He 更重的元素，Pop III 有很多有趣的地方，比如质量普遍很大，寿命很短。根据 WMAP 和 Placnk 的观测， 我们知道第一代恒星应该从宇宙诞生后 1-2 亿年就开始形成了，但这只是一个很宏观的图像，我们依然不知道第一代恒星形成的具体图像和结构是如何的。
在很多理论和模拟研究里面，Pop III 星族最初形成是在质量只有 10 万到 100 万太阳质量的微型暗物质晕里面 (mini-halo)。按照近邻宇宙的观测，这些结构大概不能算做星系，银河系里面挑个球状星团都比他们大。但是在宇宙早期，这些 mini-halo，以及里面的恒星，气体共同构成一个重要的“生态系统”，最终孕育出了整个宇宙的星系。随着这些 mini-halo 通过吸积和并合不断成长，重子物质结构也在不断成长；第一代恒星死亡释放出的“金属”增加了气体冷却的渠道，进一步促进了恒星形成。最终出现了我们更加熟悉的“星系”：质量和动力学占主导的暗物质晕内部分布着不同温度和密度的重子气体，在晕的中心，有稳定存在的恒星，气体，尘埃组成的结构。
所以，“第一代星系“是什么时候形成的，取决于你的定义如何。我们现在观测到的最早期的星系大概在 z~8-9，JWST 应该可以帮我们推进到 z~10-15；但是这些显著进行着恒星形成的早期星系也都受到观测选择效应的影响：我们最先看到的远处的天体一般都是最亮的。那么是不是这些性质比较极端的天体就能定义“第一代星系呢”？
前面我们提到了围绕着银河系的暗弱矮椭球星系，利用这些星系里面的恒星观测反推其恒星形成历史，现在我们知道这些星系在 z~10-15 的地方很可能已经存在，但是远在人类近期观测能力之外，那么是不是可以说“第一代星系”形成的更早呢？
再想一下，一个已经坍缩，自引力束缚的暗物质晕，出于某种原因，其中的气体没有形成恒星，这样的一个“dark”结构，是不是星系呢？ 如果你觉得不是，那么你大概认为星系还是一个重子物质概念，或者说恒星结构概念；如果你和我一样，认为在暗物质晕的主导下，气体，恒星，尘埃一起构成了一个动人的生态系统，而“星系”只是我们人为抽象出来的一个概念来描述这类系统，那么也许你也不介意叫他们星系了(确实以前有人叫这种假设存在的天体 dark galaxy 的)。
啰嗦这么多并不是故意掉书袋，但是这个问题真的不是纠结概念问题，而是涉及如何理解星系形成的一个有趣话题。11 年有天文学家在 arXiv 上搞过投票：
[1101.3309] What is a Galaxy? Cast your vote here...
后面还真有人专门写了篇文章讨论：
给出了一个人畜无害的定义：A galaxy is a gravitationally bound set of stars whose properties cannot be explained by a combination of baryons and Newton's laws of gravity
如果一族引力束缚的恒星的性质无法用重子物质和牛顿力学解释，那么这个结构就是星系。这个定义的好处是不依赖 Lambda-CDM 宇宙学，不过你应该也能看出玄妙在哪了：是不是星系，光恒星说了不算。