风车星系（也称为M101或NGC 5457）是旋涡星系的例子

旋涡星系（Spiral Galaxy）是由大量气体、尘埃和又热又亮的恒星所形成，有旋臂结构的扁平状星系，有下列结构特征：

有相当大的总角动量

中心有核球的结构，被周围的星系盘环绕着。 核球类似椭圆星系，有许多老年属于第二星族的恒星，并且通常会有超重黑洞隐藏在中心。

星系盘是扁平的，伴随着星际物质、年轻的第一星族恒星、和疏散星团，共同绕着核球旋转。

旋涡星系的名称来自由核球向外成对数螺旋在星系盘内延展，并有恒星形成的明亮螺旋臂。虽然有时很难辨明，例如螺旋臂有丛生的絮结时，但螺旋臂相对的可以区分出有星系盘结构却没有螺旋臂的透镜星系。

旋涡星系的星系盘外通常会有庞大的球形星系晕包围着，其中主要的成员是年老的第二星族恒星，也有许多被聚集在环绕着星系核的球状星团内。

我们的星系，银河系，长久以来都被认为是旋涡星系，以哈柏分类法归类为Sbc，但最近来自史匹哲太空望远镜的观测却显示应该是棒旋星系，重新分类为SBb。

螺旋结构的起源

贝蒂尔·林德布拉德是研究螺旋臂形成的先驱，他意识到恒星要恒久保持螺旋臂的形状会遭遇到"缠绕困境"而难以维持住，因为星系盘中天体的环绕速度会随着至中心的距离而变化，一条向外辐射出的臂（像车轮的辐条）很快就会因为星系的自转弯成弧线。星系只要自转几周之后，螺旋臂的曲率就会增加至紧紧缠绕着星系的核球。但观测到的却不是如此。

旋涡星系的螺旋臂解释图。

第一个令人可以接受的理论是林家翘与徐遐生两人在1964年发明的，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示。他们假设恒星在细长的椭圆轨道上并且原来的轨道方向是互有关联的，也就是说，椭圆以很平顺的方式随着与核心距离的增加逐渐改变了他们的方向。这就是图中所说明的，很清楚的观察到椭圆轨道在某些区域紧密结合在一起的“现象”就是螺旋臂。因此恒星并不是永远保持在我们现在所看见的位置，他们只是在轨道上移动时经过螺旋臂。

二择一的另一个被推荐的假说是星系的运动造成恒星陷入波浪中，因为形成时最亮的恒星也会最快死亡，便会在波的后方形成黑暗的区域，因而使得波被看见。

结构

螺旋臂

螺旋臂是由星系的核心延伸出来的漩涡和短棒组成的区域。这些长且薄的区域类似漩涡，此种星系也因此而得名。

螺旋臂的存在曾经令科学家大惑不解，因为在星系旋转时，星系最外围（边缘）的恒星运动得比接近中心的恒星更快。事实上，螺旋臂并不是恒星运动造成的结果，但是密度波会导致恒星形成。因此，螺旋臂因为有年轻的恒星而显得明亮（并且本来质量大、明亮的恒星存活的时间不长），不是因为恒星的运动造成螺旋臂。

星系核球

核球是巨大的，由恒星紧紧的包裹而成的集团，普遍的存在于绝大多数旋涡星系的中心。

旋涡星系的核球通常由第二星族的恒星组成，又小、又红也较老。这是因为这些恒星全都是与星系同时诞生的，都已经有数十亿的年龄，只有小的红色星能活的如此久。

许多核球被认为在核心有超重黑洞寄宿著，这些黑洞虽从未被直接观察到，但许多都能间接的证明存在。

一些核球有第一星族的恒星，蓝色、年轻的恒星，或是两者混合在一起，虽然离完全了解还有很长的距离，通常都认为这是与其他星系产生交互作用的证明，例如星系吞噬，将新的气体送到中心并且造成恒星的形成。

核球有些特性与椭圆星系相似（缩减至较低的质量和光度）。

星系的扁球体

旋涡星系中大多数的恒星，不是紧挨着星系盘唯一的平面，就是围绕着星系的核心(核球）在常规的轨道上运行，再不就是聚在扁球体星系的扁球体上绕着星系核心转。

然而，这些形成的扁球晕或星系扁球体，都朝向星系的中心集中。对这些星群的轨道仍有争议，他们的方向有顺时针也有逆时针，或许并合著高倾斜角的轨道，或是在不规则的轨道上运行，不一而足。晕中的恒星或许是来自外面的，或是因为星系吞噬而来自其他的星系。例如，人马座矮椭球星系是银河系正在进行星系吞噬的对象，观测显示银晕中的一些恒星就来自这个星系的扁球体。

不同于星系盘，星系晕中的星际尘埃似乎是自由的，进一步的比对，晕中的恒星都是第二星族的，非常老，金属含量也远比在星系盘中的亲戚第一星族的低（比较像核球的）。星系晕中也有许多的球状星团。

晕中的星在运行中偶尔也会穿越过星系盘，一些在太阳附近的红矮星就被认为是属于星系晕的成员，例如卡普坦星和Groombridge 1830。由于他们环绕星系中心的运动是不规则的，这些恒星经常会呈现出异常的自行现象。