Для больших остаточных скоростей, превышающих для окрестностей Солнца 70 км/сек, условие симметрии перестаёт выполняться. Отсутствуют большие остаточные скорости, имеющие направления, составляющие острые углы с направлением вращения центроида вокруг центра Галактики. В то же время встречаются такие скорости, направленные в сторону, противоположную вращению Галактики. Это явление, называется асимметрией остаточных скоростей, объясняется тем, что полная скорость звезды, равная геометрической сумме скорости центроида и остаточной скорости звезды, тем больше, чем меньше угол между этими скоростями и чем больше, в случае малого угла, остаточная скорость. При остаточной скорости, большей 70 км/сек, направленной в сторону вращения Галактики, полная скорость звезды превзошла бы критическая скорость для окрестностей Солнца, и звезда покинула бы Галактику. Критическая скорость в районе Солнца составляет около 320 км/сек.
Основным наблюдательным материалом звёздной кинематики являются лучевые скорости и собственного движения звёзд. С 1946 для исследования кинематики Галактики широко используются также контуры спектральной радиолинии с длиной волны l = 21 см, излучаемой нейтральным водородом, который расположен главным образом вблизи плоскости симметрии Галактики. Радиоизлучение не поглощается пылевой материей Галактики. Кроме того, вследствие различной угловой скорости центроидов в Галактике, лучевые скорости находящихся на луче зрения масс водорода различны и расположенные близко массы водорода не поглощают излучения, посылаемого далёкими массами. Благодаря этому радиоизлучение на волне 21 см от самых отдалённых областей Галактики достигает земных радиотелескопов и регистрируется ими. Статистические методы изучения контуров линии l = 21 см позволили уточнить закон вращения Галактики, исследовать распределение плотности нейтрального водорода, наметить расположение спиральных ветвей Галактики.
Всё многообразие объектов, составляющих население звёздных систем, разделяется на два типа населения, причём каждое из них занимает определённые области звёздных систем. Звёздное население 1-го типа располагается близ плоскостей симметрии спиральных галактик, концентрируясь при этом в спиральных ветвях и избегая областей ядра. Звёздное население 2-го типа преобладает в областях спиральных галактик, удалённых от их плоскости симметрии, оно образует ядра спиральных галактик; из него составлены эллиптические галактики и чечевицеобразные галактики типа SO. К 1-му типу населения относятся звёзды: бело-голубые гиганты и сверхгиганты, долгопериодические цефеиды, новые и сверхновые звёзды, а также рассеянные звёздные скопления, водородные облака, пылевые туманности. Звёздное население 2-го типа слагается из звёзд: красных субкарликов, красных гигантов, короткопериодических цефеид, а также из шаровых скоплений.
Идея разделения населения галактик более подробно разработана в представлении о подсистемах звёздных систем. Звёздные подсистемы, в которые входят все объекты того или иного спектрального класса или типа, отличаются индивидуальными значениями характеристик пространственного расположения (градиентами звёздной плотности вдоль радиуса Галактики и перпендикулярного её плоскости симметрии) и особенностями распределения скоростей объектов. Подсистемы различных объектов взаимно проникают друг в друга, и звёздная система является, т. о., совокупностью подсистем. Каждая подсистема приближённо представляет собой сплюснутый эллипсоид вращения, причём сплюснутость у различных подсистем различна. В соответствии с этим их относят к трём составляющим Галактики: плоской, сферической и промежуточной.
Звёздная динамика. Этот раздел З. а. изучает закономерности движений звёзд в силовом поле звёздной системы и эволюцию звёздных систем вследствие движений звёзд. Звёздные системы являются самогравитирующими, т. е. Совокупность звёзд системы сама создаёт то гравитационное силовое поле, которое управляет движением каждой звезды. Гравитационное поле звёздной системы имеет сложную структуру. Вследствие того что гравитационная сила точечной массы убывает пропорционально квадрату расстояния, т. е. не очень быстро, в каждой точке большей части объёма звёздной системы суммарная гравитационная сила всех объектов, составляющих звёздную систему, значительно превосходит гравитационную силу ближайшего к этой точке объекта. С другой стороны, в непосредственной окрестности звёзд, плотных звёздных скоплений или др. компактных объектов сила притяжения такого объекта сравнима с суммарной гравитационной силой всех остальных объектов или может даже превосходить её. Т. о., исследуя структуру силового поля звёздной системы, приходится рассматривать его как сумму 1) регулярного поля системы, т. е. поля, создаваемого системой в целом, отражающего свойства непрерывности звёздной системы, и 2) иррегулярного поля, создаваемого силами, возникающими при сближениях звёзд, которое отражает свойства прерывности, дискретности строения звёздной системы. Иррегулярные силы носят характер случайных сил. Чем больше тел в звёздной системе, тем большую роль в её динамике играют регулярные силы и тем меньше роль иррегулярных сил.
При формировании звёздной системы ей, как правило, свойственно нестационарное состояние. Под действием регулярного и иррегулярного силового поля системы в ней изменяется распределение звёзд и распределение скоростей звёзд. Постепенно звёздная система приближается к стационарному состоянию. Т. к. в системе, содержащей большое число звёзд, регулярное поле действует быстрее иррегулярного, сначала достигается стационарность в регулярном поле. В этом состоянии регулярное поле уже не изменяет распределение звёзд и их скоростей. Время, необходимое для перехода в состояние, стационарное в регулярном поле, обратно пропорционально корню квадратному из плотности материи в системе. Для звёздных систем это время составляет десятки или сотни миллионов лет. В состоянии, стационарном лишь в регулярном поле, иррегулярное поле продолжает изменять распределение звёзд и их скоростей, приближая систему к состоянию, стационарному также и в иррегулярном поле. Звёздная система не может достигнуть полной стационарности, т. к. в результате действия иррегулярных сил некоторые звёзды приобретают скорость, большую критической, и покидают систему. Этот процесс продолжается непрерывно. Состояние, при котором все изменения распределений звёзд и их скоростей являются следствием только непрерывного медленного ухода звёзд из системы, называется состоянием, квазистационарным в иррегулярном поле. Время достижения квазистационарного состояния называется временем релаксации. Время релаксации для рассеянных скоплений составляет величину порядка десятков или сотен миллионов лет, шаровых скоплений — порядка миллиардов лет, галактик — порядка тысяч или десятков тысяч миллиардов лет. Время полного распада невращающейся звёздной системы под действием её иррегулярного поля приблизительно в 40 раз больше, чем время релаксации. Чем быстрее вращается звёздная система, тем медленнее протекает процесс распада.
Возраст наблюдаемых рассеянных скоплений, как правило, превосходит их время релаксации. Большинство наблюдаемых рассеянных скоплений достигло квазистационарного состояния и многие из них успели сильно обеднеть в результате ухода из них звёзд. Имеются основания считать, что большая часть звёзд Галактики принадлежала в прошлом рассеянным скоплениям и является результатом их распада. Число полностью распавшихся рассеянных скоплений должно во много раз превосходить число рассеянных скоплений, существующих ныне в Галактике. Возраст шаровых скоплений сравним со временем их релаксации. По-видимому, у шаровых скоплений квазистационарного состояния достигли центральной области, где время релаксации меньше, а периферийные области находятся в состоянии, стационарном в регулярном поле. Возраст галактик не превосходит десятков млрд. лет, время релаксации для них в сотни или тысячи раз больше; поэтому галактики далеки от достижения квазистационарного состояния. Некоторые из них, а именно неправильные галактики, даже находятся в нестационарном состоянии либо вследствие того, что это очень молодые системы, либо вследствие деформаций, вызванных взаимодействием при сближении галактик.
Звёздная система, достигшая состояния, стационарного в регулярном поле, имеет плоскость симметрии и перпендикулярную ей ось симметрии. Звёздная система с равным нулю главным моментом вращения в состоянии, стационарном в регулярном поле, может быть сферически симметрична. В квазистационарном состоянии она обязательно сферически симметрична. Траектории звёзд в сферически симметричной системе плоские. В общем случае они незамкнуты и витки одной траектории заполняют кольцо. В системе с плоскостью и осью симметрии траектории не являются плоскими кривыми. Витки одной траектории заполняют трёхмерную область — тор.
