我們已知了多少宇宙中的星系？

11-27

哈勃超級深場圖像, Credt:NASA,ESA

謝邀，我去年受《天文愛好者》雜誌邀請撰寫的一篇文章恰好可以回答這個問題。

簡單的總結一下，按照去年Nottingham大學Christopher等人的估計，宇宙中大於百萬太陽質量的星係數密度大約是3個每平方角秒。全天4萬平方度，差不多有一萬億個星系。如果具有無限的觀測能力，我們向宇宙任何一個方向看去，都會有百分之八十的可能性看到一個大於1百萬太陽質量的星系。而哈勃望遠鏡拍攝的最深曝光的照片上，星系密度只有大約0.4/每平方角秒，差了一個量級。

此外，哈勃超極深場觀測覆蓋的天區範圍非常小，只覆蓋了3個平方角分。目前觀測星系最多的巡天還是SDSS巡天，雖然觀測深度遠不及哈勃，但覆蓋全天的五分之一,收集了至少2億個星系的圖像。

下面是較為詳細的回答：

哈勃超級深場（Hubble Ultra-deep Field）的圖像大概是人類有史以來獲得的最激動人心的照片之一。哈勃望遠鏡用400個軌道周期的時間，對一塊看上去空無一物的天空持續曝光一百萬秒，成千上萬的星系浮現出來，猶如璀璨的寶石。這張照片僅僅拍攝11平方角分的天空。這個面積只有月球視覺面積的大約百分之一左右，卻布滿了人類能夠看到的距離我們最遠處的星系。天文學家長期藉助這塊天區里的星系來研究宇宙在不同時期的演化。但最近，Nottingham大學 Christopher Conselice等人發表在電子預印本(astroph：1607.03909v2 )上的一篇論文顯示，科學家可能還遠遠觀測到這塊天區里的所有星系。

大家可能聽說過宇宙視界的概念，這是人類能夠觀測到的宇宙最大的尺度。視界的存在是由於光速——宇宙中傳遞信息最快的媒介——是有限的。視界的大小反應了宇宙誕生之後光線所能傳播的最大尺度。根據今天測量的宇宙模型參數，宇宙的年齡是有限的，大約是137億年。換句話說，望遠鏡接收到的光，最早來自於137億年前。如果有一束光在137億年間完全不受阻擋，沿著空間中的「直線」傳播，今天來到我們面前，它就攜帶著我們所能得到的最遠的信息。如果考慮到發出光線的地方因為宇宙的膨脹在急速的遠離觀測者，那這個地方的實際距離要比光速乘以宇宙年齡大得多。宇宙學家計算，理論上我們能夠接收到的最遠的光發出的地方今天已經離我們470億光年。也就是說，可觀測宇宙的極限，也就是宇宙今天的視界是470億光年。光速有限的個直接推論是當我們看向遠處的宇宙，我們同時也看向過去。當我們看到一個星系在距離銀河係數萬光年以外，我們看到的實際上是它數萬年以前的樣子。

哈勃超級深場中距離我們最遠星系們大約距離我們300億光年，我們看到是它們在宇宙誕生之後6.5億年後的樣子。這時宇宙還處於少年期，物質更加的密集，星系也更加年輕。星系演化學家的任務就是去了解這些早期的星系是如何通過合併，吸積等過程，成長為今天宇宙中的樣子。哈勃超深場圖像只是研究宇宙星系演化的數據中的一部分。自從1970年以來，已經相繼有CFA巡天，2MASS巡天，2DF巡天，SDSS巡天，CFHT巡天，DES巡天等不同的星系普查計劃提供給研究者大量的星系樣本。每一個不同的巡天抵達的深度都不一樣，包含了不同宇宙時間的星系。這些大面積巡天的星系樣本遠遠不如哈勃超級深場看的深入，但它們能提供更大天區的數據，幫助研究者了解相對臨近的宇宙。

Nottingham大學的研究者們發現，雖然過去的研究者認真的分析了星系在不同宇宙時間數目的演化，但沒有人真正把所有的星系加起來，看看一共有多少。於是這些研究者做了一件很簡單的事情，他們從不同的觀測中抽取了星系的光度函數（也就是星系在不同光度處的數密度）。每一個不同的觀測反映了宇宙中某一個深度處的星係數目。從這些數據中，Nottingham大學的研究者可以擬合一個星係數密度的公式，這個公式里包含了星係數目隨宇宙時間的演化，和不同亮度星系的數目。利用這樣的公式，研究者就可以預計宇宙中所有大於某一個質量的星系有多少。

這些研究人員發現，如果考慮質量大於一百萬太陽質量的星系，那麼星系的數目實際上是越早越高的（已經去除了宇宙空間膨脹帶來的效應）。這是因為宇宙早期雖然沒有很亮的星系，但是卻有更多比較小的星系。這些小星系在隨後的宇宙演化中會相互合併，所以總的來看今天宇宙里星系的總數是比不上宇宙早期的。研究者們還可以用這個公式來計算哈勃超深場圖像里所有質量大於一百萬太陽質量的星係數目。計算出來的星係數密度是每平方角秒3個左右，而哈勃超深場看到的星係數密度只有每平方角秒0.4個。如果考慮到每個星系的平均直徑是0.3個角秒，那麼我們想任何一個方向看去，都會有百分之80的可能性看到一個星系，夜空並不像我們直觀感受的那樣空虛。

為什麼會有這樣的差異？作者們並不認為這是宇宙學理論出了問題，更大的可能性是這些沒有看到的星系太過暗淡，即使哈勃超深場也無法讓它們全部顯現。這對未來的巡天設計有重大的意義——要想全部看到這些星系，望遠鏡需要比現在靈敏100倍。

理論預言的星係數密度還可以幫助我們更好的理解奧伯斯佯繆。奧伯思認為宇宙夜空是黑暗的是一件非常難以理解的事情，因為如果宇宙足夠廣大，那麼向任何一個方向看去，都應該看到數目巨大的發光天體。如果宇宙時無限的，那麼這些天體的光的總和應該可以完全把夜空照亮。解決奧伯斯佯謬的關鍵在於理解宇宙年齡的有限，這意味著在地球上的觀測者最遠能夠收到的光線被宇宙的視界限制，因此即使將所有觀測者可以觀測到的天體光線總和也是一個有限的數值。Nottingham的研究者們的研究給了我們一個直觀的理解奧伯斯佯謬的方案，按照他們的計算，如果將宇宙中所有可觀測的星系加起來，我們在任何一個方向看到的星係數平均密度只有3個每平方角秒。而這些星系大多數都太暗了，遠遠無法照亮我們的夜空。

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如果題主想問的是估計的話，之前的估計是1～2千億
不過最近有新的研究表示可能是這個數字的10倍。
順便一提，全部星系可不是靠一個個數的，意即並不是所有的星系都有編號。只能通過估算。
http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-reveals-observable-universe-contains-10-times-more-galaxies-than-previously-thought

一個地級市4個縣，史料記載 A 縣1900年人口為20萬人，B 縣1950年時50萬人， C 縣2000年10萬人，D 縣目前人口150萬。問這個地級市人口有多少？
如果算時可以20+50+10+150的話，確實是可以 hubble deep field 看到多少就算「已知」多少。
星系演化過程中星系併合、「新的『矮星系的形成這些都是生老病死一樣左右星系人口的。

至少幾十個million，下午看到有文章用到四十多個million的星系catalog，現在已經觀察到紅移6的星系了。
解釋一下，這個catalog是目前已經看到的，都有名有姓，這應該不是最大的，但差不多就是這個量級。還有由理論推算出的宇宙總星係數目當然是非常大的。還有星系的演化過程對於地球觀測者來說基本就是靜止的，所以有個回答提到不同時期的問題，這個用紅移標註就ok了。