Межзвездная среда. Межзвездная среда состоит из нескольких основных компонентов — газа, пыли, частиц высокой энергии — космических лучей, магнитных полей и электромагнитного излучения. Основным по массе компонентом является межзвездный газ, к которому примешана пыль (около 1% от массы газа).  Физические условия в межзвездной среде весьма специфичны. Плотности здесь очень малы, хотя и отличаются от места к месту на несколько порядков (в среднем — 1 атом в 1 куб см). В плотных облаках плотность может доходить до  10⁴ атомов в 1 куб см. Колоссален и диапазон температур — от нескольких кельвинов до 10 ⁷ К (а в межгалактической среде — и до 10⁸ К).

Исследования межзвездной среды ведутся во всех спектральных диапазонах. В оптической области  межзвездное вещество проявляет себя в виде  пылевых (темных и светлых — отражательных) и газовых туманностей. Кроме того, пыль вызывает межзвездное поглощение света, а также приводит к тому, что излучение далеких звезд при прохождении через межзвездную среду становится поляризованным. Поляризация возникает из-за того, что межзвездные магнитные поля (напряженность  ~10^-6 Гаусс) вызывают преимущественную ориентацию несферических межзвездных пылинок. Теория свечения газовых туманностей под действием ультрафиолетового излучения погруженных в них горячих звезд стала основой определения  температур, плотностей и химического состава туманностей. Колоссальный прогресс в изучении межзвездной среды вызвала радиоастрономия. Излучение нейтрального водорода в линии с длиной волны 21 см, возникающей при переходах между компонентами сверхтонкой структуры основного состояния атома водорода, открытое в 1950-е гг., дало возможность изучить распределение и движение (по эффекту Доплера) нейтрального водорода в нашей, а затем и в других галактиках. Впоследствии радиоспектроскопия межзвездной среды позволила обнаружить присутствие в ней  молекул более сотни видов, в том числе многоатомных. Были открыты мощные природные мазеры, работающие на молекулах OH , H₂O и др.  Заатмосферные исследования в ультрафиолете привели в 1970-е гг. к открытию в Галактике нескольких тысяч гигантских облаков молекулярного водорода с массами порядка миллиона масс Солнца. Рентгеновские наблюдения дали информацию о наиболее горячей компоненте межзвездной среды и позволили (наряду с наблюдениями в радиодиапазоне) детально изучить большое число остатков вспышек сверхновых звезд. Одним из центральных вопросов физики межзвездной среды к концу 20 в. стало изучение идущих в ней процессов рождения звезд. Установлено, что звездообразование происходит в гигантских массивных газопылевых комплексах вследствие возникновения в них гравитационной неустойчивости (критерий которой был найден Дж.Джинсом (Англия) еще в 1902 г.). Исследование процесса звездообразования в нашей и других галактиках  —  активно развивающаяся область астрофизики.

Галактика. Представление о нашей Галактике как о типичной спиральной галактике сложилось постепенно, начиная с 1920-х гг., когда впервые было установлено (Х.Шепли, США), что Солнце находится далеко от центра нашей звездной системы. По современным данным, расстояние Солнца от центра Галактики — 8 килопарсек, или 27 тыс. световых лет, период его обращения (галактический год) — около 230 млн. лет. Бо’льшая часть непосредственно наблюдаемого (светящегося) вещества в Галактике сосредоточена в звездах, число которых ~×10¹¹. Масса межзвездной среды составляет около 10% от суммарной массы звезд.

Общая картина строения Галактики такова. В ней выделяются три составляющих — диск (так называемое звездное население I плюс тонкий газово-пылевой слой межзвездного вещества), сферическая составляющая (звездное население   II) и темное гало (тела и/или частицы неизвестной природы, присутствие которых выявляется только по их гравитации). Звезды галактического диска обращаются вокруг центра Галактики по близким к круговым орбитам, имеющим малый наклон к галактической плоскости. Совокупность этих звезд образует вращающийся сильно уплощенный (толщина ~1/10 радиуса) диск диаметром около 30 килопарсек (100 тыс. световых лет). В пределах ~1 килопарсека от центра диск вращается твердотельно, а на бо¢льших расстояниях — с почти постоянной линейной скоростью ~200 км/с. На этом диске имеется спиральный узор, обрисовываемый горячими массивными молодыми звездами и газопылевыми комплексами, как и у всех спиральных галактик. Однако из-за того, что мы находимся внутри Галактики, надежно проследить этот спиральный узор очень сложно. В диске Галактики рождение звезд продолжается и в наше время (темп звездообразования ~1 масса Солнца в год). Родившиеся в газопылевых комплексах звезды образуют рассеянные звездные скопления и звездные ассоциации — постепенно рассасывающиеся в звездном поле слабо гравитационно связанные группы по ~10² ¸10³ звезд близкого возраста. Изучение звездных скоплений в 30 — 50-е гг. 20 в.  дало прочную наблюдательную основу и одновременно стало тестом теории эволюции звезд.

Звезды сферической составляющей (население II) движутся вокруг центра Галактики по сильно вытянутым орбитам, плоскости которых ориентированы хаотически, так что эта составляющая Галактики в ее вращении не участвует. К сферической составляющей Галактики относятся также ~150 шаровых звездных скоплений (с числом звезд 10⁴ ¸10⁶ в каждом).  Концентрация звезд сферической составляющей плавно убывает с расстоянием от центра Галактики. Наконец, в гало Галактики, существование которого было установлено в конце 20 в.,  сосредоточена бо’льшая часть массы Галактики. Гало простирается существенно дальше, чем звездные составляющие Галактики и имеет, по-видимому, округлую форму. Что представляет собой вещество  гало — неизвестно. Оно не светится ни в каком диапазоне и потому получило название темной материи. Выяснение ее природы — одна из важных нерешенных задач астрофизики. В самом центре Галактики находится массивное (~3×10⁶ масс Солнца) компактное тело. Масса этого объекта надежно определена по измерениям движений инфракрасных звезд, находящихся в непосредственной его окрестности. Общепринятая точка зрения состоит в том, что массивный компактный объект в центре Галактики — это черная дыра.