A csillaghalmazok olyan csoportosulások, amelyekben a csillagok sűrűsége jelentősen nagyobb a környezetükre jellemző értéknél. Tagjaikat egymásra kifejtett vonzóerejük tartja össze, nemcsak térben alkotnak egységes csoportokat, hanem származásuk is közös.
Két főtípusuk van: a gömbhalmazok és a nyílthalmazok.
GÖMBHALMAZOK
A gömbhalmazok nevüket közel gömbszimmetrikus alakjukról kapták. Az ilyen csillagtársulásokban a csillagok száma befelé haladva erősen növekszik. A fő eltérés a nyílthalmazoktól, hogy azoknál sokkal több csillagot tartalmaznak, tagjaik száma tízezer-egymillió, méretük 20-300 fényév közötti. Teljes számuk a Tejútrendszerben valahol 200 körül lehet. Eloszlásuk gömbszimmetrikus galaxisunk magja körül, kifelé kb. 150 ezer fényéves távolságig terjednek, számuk a mag felé közeledve növekszik. Koruk 8-16 milliárd év között lehet, a galaxis II. populációs, idős objektumai közé tartoznak. A kisebb fémtartalmú, idősebb gömbhalmazok a centrumtól távol, a nagyobb fémtartalmúak, fiatalabbak a centrumhoz közel helyezkednek el. Csillagközi anyagot csak nagyon keveset sikerült kimutatni bennük. Pályáik nagy elnyúltságúak és pályahajlásúak a mag körül, így általában a haloban tartózkodnak. Keletkezésüket pontosan nem ismerjük, nagyrészük valószínűleg galaxisunk ősi anyagának sűrűbb csomóiból született. Ezek a gömbhalmazok nem a galaxisok részei, hanem körülöttük keringenek.
A Tejútrendszert például 150 gömbhalmaz kíséri. A nagyobb galaxisok, mint az Andromeda galaxis körül, mintegy 500 gömbhalmaz, a legnagyobb galaxisok körül (például az M87) 10000 és annál több halmaz kering. Akadnak azonban olyanok is, amelyek keringési iránya retrográd, a Tejútrendszerben lévő objektumok keringési irányával ellentétes – ezek feltehetőleg a galaxisunkon kívüli térből behullott felhőkből keletkeztek. A gömbhalmazok „párolognak”, azaz csillagaikat lassan elvesztik. Mivel sok tagjuk van, erős a gravitációs terük, ez pedig kicsire mérsékli a „párolgást”, a csillagok elszökését. Így élettartamuk sokkal nagyobb, mint amennyi idő a Tejútrendszer kialakulása óta eltelt. Gömbhalmazok a Tejútrendszerben már régóta nem keletkeznek.
NYÍLTHALMAZOK
A nyílthalmazokat elsősorban az különbözteti meg a gömbhalmazoktól, hogy azoknál sokkal kevesebb csillagot tartalmaznak, tagjaik száma néhány száz, néhány ezer. Átmérőjük átlagosan 10-20 fényév, csillagjaik sokkal kevésbé sűrűsödnek a centrumban, mint a gömbhalmazokban, és alakjuk sem mindig gömbszimmetrikus.
A nyílthalmazok pályái kis lapultságúak és pályahajlásúak, azaz a fősíkban fekszenek. I. populációs fiatal objektumok, jelentős fémtartalommal, sok por- és gázanyag található bennük.
Mivel kevesebb csillagot tartalmaznak,mint a gömbhalmazok, a csillagok között lévő gravitációs összetartóerő is gyengébb. A halmaztagok elszökése, „párolgása” így jelentős, a nyílthalmazok átlagos élettartama néhány százmillió év. Számuk a Tejútrendszerben 15 ezer körül lehet, napjainkban is keletkeznek.
