• William Herschel
• El universo de Kapteyn
• El modelo de H. Shapley
• El gran debate de astronomía
• E. Hubble
• La rotación diferencial de Oort
• W. Baade
  

El estudio científico de la naturaleza física de nuestra Galaxia comenzó en 1610, cuando Galileo descubrió que la Via Láctea podía resolverse en innumerables estrellas débiles. Hacia la mitad del siglo XVIII, Thomas Wright e Immanuel Kant describen nuestra Galaxia como constituida por un disco de estrellas en el que el Sol se encuentra inmerso. Kant señalo, además, que nuestra Galaxia no podía ser única sino que deberían existir muchos sistemas similares que llamó universos islas que estarían distribuidos a través del espacio y a enormes distancias de nuestro sistema. Pero estas ideas que carecían de soporte científico (a pesar de ser correctas) se consideraron meras especulaciones filosóficas.

Las primeras evidencias empíricas se deben a William Herschel, que hacia el final del siglo XVIII, construyó el telescopio más grande de la época y lo utilizó para estudiar nuestra Galaxia y otros sistemas estelares. Herschel intentó determinar la forma contando el número de estrellas que podían observarse con diferentes valores de magnitud aparente, en 700 regiones distintas del cielo. Suponiendo que las estrellas están distribuidas uniformemente en el espacio y que el brillo aparente disminuye inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, dedujo las dimensiones de nuestra Galaxia, admitiendo que además observó los bordes de ésta. Sus conclusiones fueron que nuestra Galaxia era un sistema aproximadamente elíptico, aplanado, donde el Sol estaba situado cerca del centro y que era cinco veces mayor en el plano de la Via Láctea que en la dirección perpendicular a este plano. Además Herschel realizó un catálogo de nebulosas y pensaba que la mayoría de ellas eran sistemas estelares similares a nuestra Galaxia que con instrumentos más potentes podrían resolverse en estrellas. También observó que algunas nebulosas, como Orión no eran sistemas estelares sino nubes de polvo y gas. Aún después del trabajo de Herschel no se conocía la forma de determinar las distancias a las nebulosas y así decidir sí eran universos islas extragalácticos, comparables en tamaño a nuestra Galaxia pero situados a muy grandes distancias, o por el contrario eran nebulosas que estaban contenidas dentro de nuestra Galaxia.

Al final del siglo XIX el desarrollo de la fotografía astronómica abrió nuevas posibilidades en la investigación de nuestra Galaxia. J.C. Kapteyn planeó estudiar 200 áreas distribuidas cuidadosamente sobre el cielo, para hacer recuento de estrellas, estimaciones del brillo, clasificaciones espectroscópicas y medir el movimiento propio y la velocidad radial de todos los objetos seleccionados. Del análisis de estos datos, Kapteyn fue capaz de estimar la distancia a estrellas de diferentes brillos aparentes e inferir su distribución en el espacio. En este estudio se supuso que el medio interestelar era completamente transparente y esta hipótesis fue un error serio, ya que existe una intensa absorción de la luz de las estrellas en el plano galáctico debida a la materia interestelar.

La conclusión del trabajo anterior dió lugar al llamado universo de Kapteyn, en él nuestra Galaxia es un sistema esferoidal aplanado de tamaño modesto, aproximadamente cinco veces mayor en el plano galáctico ( esto es, el plano de la Via Láctea) que en la dirección perpendicular a este plano. Descripción muy similar a la de Herschel, pero Kapteyn añadió una escala al sistema y estimaciones cuantitativas de la variación de la densidad de estrellas. En este modelo el Sol fue localizado ligeramente fuera del plano galáctico a una distancia de aproximadamente 650 parsecs del centro del sistema.

El universo de Kapteyn fue contestado por el modelo desarrollado por H. Shapley y publicado en una serie de artículos entre 1915 y 1919. Este realizó, en el Observatorio de Monte Wilson, observaciones muy detalladas de los cúmulos globulares, que son sistemas estelares con simetría esférica y que contienen del orden de 10⁵ a 10⁶ estrellas. Debido a su brillo y particular apariencia pueden observarse a grandes distancias del Sol. Además como se encuentran lejos del plano galáctico su luz no disminuye mucho por la absorción interestelar. Shapley encontró que los cúmulos globulares estaban distribuidos uniformemente por encima y por debajo del plano galáctico pero no en la dirección perpendicular, en la que mostraban una marcada concentración en la dirección de las Nubes de Sagitario. Shapley argumentó que estos sistemas tan masivos debían ser uno de los mayores elementos estructurales de nuestra Galaxia y que es razonable suponer que estén distribuidos uniformemente alrededor del centro galáctico. Su distribución aparentemente asimétrica implica que el Sol no está localizado cerca del centro de la Galaxia sino bastante lejos de él. Utilizando las estrellas variables pulsantes (RR Lyrae) observadas en los cúmulos globulares, Shapley estimó que el Sol debía estar a unos 15 000 pc (15 kpc) del centro galáctico. Hoy día las mejores estimaciones de esta distancia dan un valor del orden de 9 kpc.

La conclusión de Shapley respecto a la posición del Sol, cerca del borde de nuestra Galaxia, ha sido probada por todas las investigaciones posteriores. También estimó que los cúmulos más distantes de su muestra se encontraban a unos 70 kpc y de ahí concluyó que el diámetro de nuestra Galaxia era del orden de 100 kpc, aproximadamente 10 veces mayor que el universo de Kapteyn. Actualmente sabemos que la estimación del tamaño de nuestra Galaxia que realizó Shapley es demasiado grande debido a que despreció la absorción interestelar, hoy día se admite un diámetro del orden de 50 kpc para el disco de la Galaxia.