位于距地球1.4亿光年的两个星系，NGC 2207和IC2163；约10亿年后它们将并合成一个更大的星系。（图片来源：哈勃望远镜）
天空中那些绚丽多姿的星系是如何形成的？星系之间是否存在演化关系？星系之间的猛烈碰撞是怎样的死亡和再生之旅？碰撞在星系演化中到底扮演怎样的角色？自上世纪20年代发现星系以来，已经过去了近100年。
得益于各波段的大型地面、空间望远镜及大型巡天项目，特别是8-10米级的Keck，VLT，Subaru等大型地面光学和红外望远镜；JCMT，IRAM，ALMA等毫米波、亚毫米波望远镜；Hubble，Spitzer，Herschel，Chandra，XMM等空间光学、红外、亚毫米波和X射线望远镜及斯隆巡天大样本，对星系形成和演化的研究已经取得了长足的进步，而且这已经成为当今天文学家研究和认识宇宙的核心问题之一。
80年前，哈勃（Hubble）在他的“星云世界”里，把当时发现的星系分成三种类型：椭圆星系、旋涡星系和透镜星系。其它所有不能纳入这一分类系统的星系统称为不规则星系。其中，旋涡星系又细分为两类，一类是中央带有棒状结构的棒旋星系（SB）；另一类是无棒状结构的旋涡星系（S）。
这两类星系又可以根据星系核球的大小和旋臂缠绕的松紧程度，细分为三个次型，分别用下标a、b、c表示（从a到从c，星系核球变小，悬臂变松，详见图1）。而椭圆星系则是按照椭圆扁率的大小进行分类。1966年，著名天文学家阿尔普（Arp）利用帕洛玛（Palomar）200英寸望远镜，观测到了338个近邻不规则星系（不属于哈勃音叉图）的光学图像并将其编入特殊星系[1]。
这338个特殊星系包含了很多栩栩如生的相互作用星系。2008年4月24日，哈勃空间望远镜18岁生日之际，美国航空航天局和欧洲南方天文台联合发布了一批由哈勃空间望远镜观测的照片，不难发现，星系间的相互作用可以产生很多有趣的图景（图6）。
1983年，第一颗红外天文卫星IRAS上天后发现了一类新的星系，被称为极亮红外星系（Ultraluminous Infrared Galaxies）。顾名思义，这类星系在远红外波段的辐射远远超过其在光学波段的辐射。更让人惊讶的是，极亮红外星系的光度甚至可以与类星体比肩，它们是近邻宇宙中热光度最高的星系，而且在近邻宇宙中它们的空间密度和类星体相近。
1997年，斯梅尔（Smail）等人利用位于夏威夷的毫米波望远镜JCMT巡天发现了高红移（红移2-3左右）的亚毫米波星系（Sub-Millimeter Galaxies）。这类亚毫米波星系很像近邻宇宙的极亮红外星系，富含气体和尘埃，正在经历大规模星暴，但它们比极亮红外星系的红外光度平均高一个量级，恒星形成率也相应的高一个量级。
当我们仰望星空，看似繁星密布的银河系往往让我们误认为恒星在星系中分布非常密集。而事实上，银河系中恒星的平均距离约为恒星大小的一千万倍，所以恒星之间发生直接碰撞的机会微乎其微。然而，即使在近邻宇宙中星系之间的距离也只是它们尺度的20倍左右，所以星系之间发生碰撞乃至并合的可能性要大很多。星系间的碰撞和并合依据其前身星系的属性有不同的分类方式。
按并合前星系质量的相对大小可以分为主并合（major merger，星系之间的质量比小于3:1）和小并合（minor merger）。其中小并合过程中，因两星系的质量悬殊，又可视为大星系吞噬（cannibalism）小星系的过程。另外，按照前身星系的气体多寡又可以将星系并合分为湿并合（富含气体的旋涡星系之间的并合）、干并合（气体很少的椭圆星系之间的并合），以及干、湿混合的并合。
星系之间的碰撞涉及到的参数除了上面提到的质量比、气体含量外，还包括许多其他参数，包括碰撞的角度、星系角动量方向等等，是一个极为复杂的非线性过程。天文学家只能依靠计算机数值模拟来理解星系的碰撞和并合的过程。
1972年，图姆尔（Toomre）两兄弟首次采用N体数字模拟的方法研究星系间相互作用以及并合的动力学过程[2]。他们选取了两个质量相近，且碰撞速度与星系弥散速度相当的两个旋涡星系，模拟它们从相互靠近直至发生碰撞的过程中，两个星系中的恒星分布变化的过程。
通过对斯隆数字巡天大样本（SDSS）的分析发现，星系在颜色－星等图上主要可分为两类（图9），蓝云星系（blue cloud）和红序星系（red sequence），再有少许的绿谷星系（green valley）介于前两者之间。其中蓝云星系主要是旋涡星系。
在标准宇宙学模型（暴涨冷暗物质宇宙学常数模型）框架下,宇宙结构的形成是通过暗晕的并合来完成的，那么星系的演化也很可能是一部星系碰撞和并合的历史。早在1977年，图姆尔兄弟就基于数值模拟的结果假设：质量相当的旋涡星系并合后最终将形成椭圆星系。这一假设已被观测和尔后的数值模拟证实[9]，旋涡星系与椭圆星系之间确实存在着演化关系。
星系中心常伴有超大质量的黑洞，质量从几百万个太阳质量到数十亿个太阳质量。星系的并合会激发中心黑洞质量的增长，而且中心黑洞也会互相吸引以至于并合。当两个黑洞之间的距离为几十个秒差距时，它们就组成一个双黑洞的束缚系统了。
关于双黑洞系统的并合，无论观测还是理论研究都是天体物理领域一项重要课题。目前，激光干涉引力波天文台（LIGO）已经探测到两个引力波源，它们都是源于恒星级双黑洞的并合，这是黑洞并合的直接观测证据。