กลุ่มกาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซีเป็น วัตถุ ที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่ ทราบ ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการก่อตัวของโครงสร้างจักรวาล^{[ 2 ]}พวกมันก่อตัวเป็นส่วนที่หนาแน่นที่สุดของโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลในแบบจำลองสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างด้วยแรงโน้มถ่วงที่มีสสารมืดเย็นโครงสร้างที่เล็กที่สุดจะยุบตัวลงก่อนและในที่สุดก็สร้างโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุด นั่นคือกระจุกกาแล็กซี กระจุกกาแล็กซีจึงก่อตัวขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ระหว่าง 10 พันล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน กลุ่มและกระจุกกาแล็กซีอาจประกอบด้วยกาแล็กซีแต่ละดวงตั้งแต่สิบถึงหลายพันดวง กระจุกกาแล็กซีเองมักเกี่ยวข้องกับกลุ่มที่ใหญ่กว่าซึ่งไม่ได้ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง เรียกว่าซูเปอร์คลัสเตอร์

กลุ่มกาแล็กซีเป็นกลุ่มกาแล็กซีที่เล็กที่สุด โดยทั่วไปจะมีกาแล็กซีไม่เกิน 50 ดวงในรัศมี 1 ถึง 2 เมกะพาร์เซก (Mpc) (ดู10 ²²เมตรสำหรับการเปรียบเทียบระยะทาง) มวลของกลุ่มกาแล็กซีอยู่ที่ประมาณ 10 ¹³ เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ความเร็วของกาแล็กซีแต่ละดวงแตกต่างกันประมาณ 150 กม./วินาที อย่างไรก็ตาม คำจำกัดความนี้ควรใช้เป็นเพียงแนวทางเท่านั้น เนื่องจากระบบกาแล็กซีขนาดใหญ่และมีมวลมากกว่าบางครั้งก็ถูกจัดอยู่ในกลุ่มกาแล็กซีเช่นกัน^{[ 4 ]}กลุ่มกาแล็กซีเป็นโครงสร้างที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล ประกอบด้วยกาแล็กซีอย่างน้อย 50% ในจักรวาลท้องถิ่น กลุ่มกาแล็กซีมีช่วงมวลอยู่ระหว่างกาแล็กซีรูปวงรี ขนาดใหญ่มาก และกระจุกกาแล็กซี^{[ 5 ]}

กาแล็กซีของเราเองทางช้างเผือกอยู่ในกลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่น ซึ่งประกอบด้วย กาแล็กซีมากกว่า 54 แห่ง^{[ 6 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 S. Paul, RS John และคณะ ได้กำหนดพารามิเตอร์การแยกแยะที่ชัดเจนสำหรับการจำแนกกลุ่มกาแล็กซีเป็น 'กลุ่มกาแล็กซี' และ 'กระจุกกาแล็กซี' โดยอาศัยกฎการปรับขนาดที่พวกเขาปฏิบัติตาม^{[ 7 ]}ตามเอกสารนี้ กลุ่มกาแล็กซีที่มีมวลน้อยกว่า 8 × 10 ^{13 เท่า}ของมวลสุริยะจะถูกจัดประเภทเป็นกลุ่มกาแล็กซี

กระจุกกาแล็กซีมีขนาดใหญ่กว่ากลุ่มกาแล็กซี แม้ว่าจะไม่มีเส้นแบ่งที่ชัดเจนระหว่างทั้งสอง เมื่อสังเกตด้วยตาเปล่า กระจุกกาแล็กซีดูเหมือนจะเป็นกลุ่มของกาแล็กซีที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างกัน อย่างไรก็ตาม ความเร็วของพวกมันสูงเกินกว่าที่จะยังคงยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างกันได้ ซึ่งบ่งชี้ว่าอาจมีมวลที่มองไม่เห็นเพิ่มเติม หรือมีแรงดึงดูดเพิ่มเติมนอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง การศึกษาด้วยรังสีเอกซ์ได้เปิดเผยการมีอยู่ของก๊าซระหว่างกาแล็กซีจำนวนมากที่เรียกว่าสสารระหว่างกระจุกกาแล็กซีก๊าซนี้ร้อนมาก ระหว่าง 10⁷ ^Kถึง 10⁸ ^Kดังนั้นจึงปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาในรูปของรังสีเบร็มส์ตรัลลุงและ การ ปล่อย เส้นอะตอม

มวลรวมของก๊าซมีมากกว่ามวลของกาแล็กซีประมาณสองเท่า อย่างไรก็ตาม มวลนี้ยังไม่เพียงพอที่จะรักษากาแล็กซีไว้ในกระจุกดาว เนื่องจากก๊าซนี้อยู่ในสมดุลอุทกสถิต โดยประมาณ กับสนามแรงโน้มถ่วงโดยรวมของกระจุกดาว จึงสามารถกำหนดการกระจายมวลรวมได้ ปรากฏว่ามวลรวมที่ได้จากการวัดนี้มีขนาดใหญ่กว่ามวลของกาแล็กซีหรือก๊าซร้อนประมาณหกเท่า ส่วนประกอบที่หายไปเรียกว่าสสารมืดและธรรมชาติของมันยังไม่เป็นที่รู้จัก ในกระจุกดาวทั่วไป อาจมีเพียง 5% ของมวลทั้งหมดอยู่ในรูปของกาแล็กซี อาจมี 10% อยู่ในรูปของก๊าซร้อนที่ปล่อยรังสีเอ็กซ์ และส่วนที่เหลือเป็นสสารมืด บราวน์สไตน์และมอฟแฟต^{[ 8 ]}ใช้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ดัดแปลงเพื่ออธิบายมวลของกระจุกดาวที่ปล่อยรังสีเอ็กซ์โดยไม่มีสสารมืด การสังเกตการณ์ของกระจุกดาว Bulletเป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับการมีอยู่ของสสารมืด^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}อย่างไรก็ตาม Brownstein และ Moffat ^{[ 12 ]}ได้แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ดัดแปลงของพวกเขาสามารถอธิบายคุณสมบัติของคลัสเตอร์ได้เช่นกัน

มีการค้นพบกระจุกกาแล็กซีจากการสำรวจโดยใช้เทคนิคการสังเกตการณ์หลายวิธี และมีการศึกษาอย่างละเอียดโดยใช้วิธีการต่างๆ มากมาย:

• แสงหรืออินฟราเรด : สามารถศึกษาดาราจักรแต่ละดวงในกระจุกดาราจักรได้โดยใช้การถ่ายภาพและการวิเคราะห์สเปกตรัมในย่านแสงหรืออินฟราเรด การค้นหากระจุกดาราจักรด้วยกล้องโทรทรรศน์ในย่านแสงหรืออินฟราเรด จะทำได้โดยการค้นหาบริเวณที่มีความหนาแน่นสูง และยืนยันผลโดยการค้นหาดาราจักรหลายดวงที่มีค่าเรดชิฟต์ ใกล้เคียงกัน การค้นหาด้วยอินฟราเรดมีประโยชน์มากกว่าในการค้นหากระจุกดาราจักรที่อยู่ไกลออกไป ( ค่าเรดชิฟต์ สูงกว่า )
• รังสีเอ็กซ์ : พลาสมาที่ร้อนจัดปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมา ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์ ก๊าซใน กระจุกกาแล็กซี สามารถศึกษาได้โดยใช้ทั้งการถ่ายภาพรังสีเอ็กซ์และการวิเคราะห์สเปกตรัมรังสีเอ็กซ์ กระจุกกาแล็กซีมีความโดดเด่นมากในการสำรวจรังสีเอ็กซ์ และร่วมกับAGNเป็นวัตถุนอกกาแล็กซีที่ปล่อยรังสีเอ็กซ์สว่างที่สุด
• คลื่นวิทยุ : มีการค้นพบโครงสร้างแบบกระจายตัวจำนวนมาก ที่ปล่อยคลื่นความถี่วิทยุในกระจุกกาแล็กซี กลุ่มของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ (ซึ่งอาจรวมถึง โครงสร้างแบบกระจายตัว หรือ AGN) ถูกนำมาใช้เป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งของกระจุกกาแล็กซี ที่ค่า เรดชิฟต์สูงการถ่ายภาพรอบแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุแต่ละแหล่ง (ในกรณีนี้คือ AGN) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับโปรโตคลัสเตอร์ (กระจุกกาแล็กซีที่กำลังก่อตัว)
• ปรากฏการณ์ซุนยาเยฟ-เซลโดวิช : อิเล็กตรอนร้อนในตัวกลางระหว่างกระจุกกาแล็กซีจะกระจายรังสีจากพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลผ่านการกระเจิงแบบอินเวอร์สคอมป์ตันซึ่งทำให้เกิด "เงา" ในพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล ที่สังเกตได้ ที่ความถี่วิทยุบางช่วง
• ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง : กระจุกกาแล็กซีมีมวลมากพอที่จะทำให้ทิศทางที่สังเกตได้ของกาแล็กซีที่อยู่ด้านหลังบิดเบี้ยวไป การบิดเบี้ยวที่สังเกตได้นี้สามารถนำมาใช้สร้างแบบจำลองการกระจายตัวของสสารมืดในกระจุกกาแล็กซีได้

กระจุกกาแล็กซีเป็นวัตถุที่เกิดขึ้นล่าสุดและมีมวลมากที่สุดในการก่อตัวของโครงสร้างลำดับชั้นของเอกภพ และการศึกษากระจุกกาแล็กซีช่วยให้เราเข้าใจถึงวิธีการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแล็กซี กระจุกกาแล็กซีมีคุณสมบัติที่สำคัญสองประการ คือ มวลของกระจุกมีขนาดใหญ่พอที่จะกักเก็บก๊าซพลังงานสูงที่ถูกขับออกมาจากกาแล็กซีสมาชิก และพลังงานความร้อนของก๊าซภายในกระจุกสามารถสังเกตได้ภายในแถบความถี่รังสีเอ็กซ์ สถานะของก๊าซที่สังเกตได้ภายในกระจุกกาแล็กซีถูกกำหนดโดยการรวมกันของความร้อนจากคลื่นกระแทกในระหว่างการสะสมมวล การระบายความร้อนด้วยรังสี และปฏิกิริยาตอบกลับทางความร้อนที่เกิดจากการระบายความร้อนนั้น ดังนั้น ความหนาแน่นอุณหภูมิและโครงสร้างย่อยของก๊าซรังสีเอ็กซ์ภายในกระจุกกาแล็กซีจึงแสดงถึงประวัติทางความร้อนทั้งหมดของการก่อตัวของกระจุกกาแล็กซี เพื่อให้เข้าใจประวัติทางความร้อนนี้ได้ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องศึกษาเอนโทรปีของก๊าซ เนื่องจากเอนโทรปีเป็นปริมาณที่เปลี่ยนแปลงโดยตรงที่สุดเมื่อพลังงานความร้อนของก๊าซภายในกระจุกกาแล็กซีเพิ่มขึ้นหรือลดลง^{[ 14 ]}

• Kravtsov, AV; Borgani, S. (2012). "การก่อตัวของกระจุกกาแล็กซี". Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 50 : 353–409 . arXiv : 1205.5556 . Bibcode : 2012ARA&A..50..353K . doi : 10.1146/annurev-astro-081811-125502 . S2CID  119115331 .