אחד הוויכוחים המתמשכים באסטרונומיה נוגע להיווצרותן של הגלקסיות. צד אחד טוען שגלקסיות נוצרות בדומה לכוכבים, בקריסה של עננים ענקיים של חומר, שמסתובבים מהר יותר (ובמקרים מסוימים משתטחים) בזמן שהם מקבלים צורת גלקסיה. בצד האחר עומדים אלה שטוענים שגלקסיות גדולות נוצרות מהתקבצות של מערכות קטנות, שהתמזגו עם הזמן לגלקסיות הענקיות של היום. מחסור בראיות הקשה להכריע בין שני התרחישים: כיום איננו רואים גלקסיות ענקיות בשלבי היווצרותן הראשונים (אף שאנו רואים מיזוגים של גלקסיות בכל קני המידה), וגם איננו רואים גלקסיות קטנות נוצרות. בלי ראיות מכריעות, יש לנו רק תאוריות שאין להן על מה להישען. כיום, בטלסקופים גדולים יותר ויותר, אנו מצליחים לקלוט את הניצוצות הראשונים של אור חיוור מגלקסיות צעירות בראשית היקום. כשמביטים במערכות המוקדמות האלה, מגלים שאולי התשובה אינה "זה או זה", אלא שגלקסיות נוצרות בשני המנגנונים גם יחד.
בעזרת טלסקופים רגישים לאינפרה-אדום, ובהם טלסקופ החלל האבל ומערך הטלסקופים הגדולים מאוד (VLT) בצ'ילה, ניצלו האסטרונומים את מהירות האור הסופית כדי להביט אחורה בזמן ולצפות בגלקסיות בכמה מיליארדי השנים הראשונות של היקום. ככל שאפשר לדעת, גלקסיות אליפטיות ענקיות היו בין הראשונות שנוצרו. למערכות הענקיות המוקדמות האלה כנראה לא היה די זמן להיווצר מהתקבצות של מערכות קטנות רבות, ולכן מניחים שבמקרים נדירים, בראשית היקום, נוצרו גלקסיות גדולות בקריסה של ענן חומר יחיד לגלקסיה גדולה אחת.
באותו זמן, לצד המערכות הגדולות היחידות האלה, אנו רואים דוגמאות רבות הרבה יותר של גלקסיות "תינוקות" קטנות ולא-סדירות, עם פרצים של יצירת כוכבים. מניחים שבאופן כללי, הגז שמילא את היקום הצעיר התפצל לעננים בגדלים שונים. מהשברים האלה נוצרו גלקסיות לא-סדירות בגדלים שונים, קטנות בדרך כלל, שהתחברו עם הזמן ויצרו את המבנים שאנו רואים היום. לפני מיליארדי שנים היו, באופן יחסי, יותר גלקסיות קטנות כאלה, שנוצרים בהן כוכבים, ולכן אנו יודעים שמאז הן "נאספו" במיזוגים. התהליך הזה, שבו יחידות קטנות מתחברות ויוצרות גלקסיות גדולות, נקרא היווצרות מבנה היררכית. החללית גאיה סיפקה תמיכה ישירה במודל המיזוגים לגבי שביל החלב: היא גילתה שחלק ניכר מההילה הכוכבית הפנימית נבנה במיזוג קדום אחד.
היווצרות הגלקסיות היא תהליך מתמשך. רוב הגלקסיות הקטנות כבר נוצרו מזמן, אבל ייתכן שה"אפונים הירוקים" (Green Peas) הנדירים מאוד, שהתגלו בפרויקט המדע האזרחי Galaxy Zoo, הם יוצאי דופן. המערכות האלה זוהרות בירוק, כי הגז המיונן הרב שסביב הכוכבים הצעירים פולט אור חזק בקו פליטה ירוק של חמצן מיונן. הן קטנות בהרבה משביל החלב (מסתן כאחוז ממסתו), ובכל זאת נוצרים בהן כוכבים בקצב דומה לזה שבשביל החלב, או אף גבוה ממנו. בשמים אפשר למצוא גם דוגמאות רבות לגלקסיות ספירליות ענקיות שמתנגשות ומתמזגות. כשהמיזוגים האלה יושלמו, התנגשויות רבות יסתיימו בגלקסיות אליפטיות ענקיות. בין המערכות הקטנות ביותר לגדולות ביותר, גלקסיות כמו שביל החלב שלנו ניזונות בקביעות ממערכות קטנות. המיזוגים הקטנים האלה יכולים ליצור עיוותים, מוטות, טבעות ומבנים אחרים.
ההבנה שלנו את היווצרות הגלקסיות משתפרת, אבל היא עדיין רחוקה מלהיות שלמה. אנו יודעים, למשל, שההילות של החומר האפל נוצרו כנראה ראשונות, והחומר המאיר יצר מבנים בתוך ה"פיגום" הזה של חומר אפל. אבל איננו יודעים את הפרטים של האופן שבו גלקסיות כמו שלנו נוצרו עם מבנים מפורטים כל כך, ואת מקורם של גלי הצפיפות הכבידתיים, שגורמים כנראה להיווצרות זרועות בחלק מגלקסיות הדיסקה, אבל לא בכולן. נותרו שאלות, וטלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא אולי התקווה הטובה ביותר לענות עליהן. טלסקופ החלל האבל צנוע בגודלו, ואינו יכול להביט הרבה יותר מ-12 עד 13 מיליארד שנים אחורה בזמן. לטלסקופ ג'יימס ווב, בקוטר 6.5 מטר, יש יכולת אינפרה-אדומה ורגישות גבוהה, שמאפשרות לו לראות את האור בהיסט לאדום גבוה מאוד של הכוכבים והגלקסיות הראשונים שנוצרו ביקום. העידן הזה נקרא "האור הראשון" – שחר היווצרות הגלקסיות. ג'יימס ווב כבר גילה גלקסיות שקיימות כמה מאות מיליוני שנים בלבד אחרי המפץ הגדול, וחלקן מסיביות ובוגרות באופן מפתיע לגילן הצעיר. ייתכן שהדבר יוביל לעדכון של תרחיש ההיווצרות ההיררכית שתואר כאן.
→ הסעיף הקודם: 15.29 יחסי גומלין בין גלקסיות | הסעיף הבא: 16.1 היסט לאדום של גלקסיות ←