Dải Ngân hà có thể có đường kính lên tới 200.000 năm ánh sáng và có hình dạng giống như một chiếc đĩa phẳng với phần phình ra ở trung tâm gọi là "lõi thiên hà".
Tất cả các ngôi sao và các thiên thể khác trong Dải Ngân hà đều xoay quanh tâm của Dải Ngân hà, vì tâm khối lượng của Dải Ngân hà nằm ở trung tâm của Dải Ngân hà, nơi có một siêu lỗ đen có khối lượng gấp 4 triệu lần Mặt trời và mật độ sao ở trung tâm Dải Ngân hà cũng cực kỳ cao. Hệ Mặt trời của chúng ta nằm trong nhánh xoắn ốc của Dải Ngân hà, cách trung tâm thiên hà khoảng 26.000 năm ánh sáng.
Chỉ cần tốc độ đủ nhanh và hướng chuyển động chính xác, Trái đất có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của Mặt trời và trở thành một hành tinh lang thang. Theo cách tương tự, nếu một ngôi sao có vận tốc thoát đủ nhanh, nó có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của thiên hà và trở thành một ngôi sao lang thang cho đến khi bị các thiên hà hoặc thiên thể khác bắt giữ.
Trong khoảng bốn tỷ năm nữa, Dải Ngân hà sẽ va chạm với người hàng xóm gần nhất của nó, Thiên hà Andromeda. Hai thiên hà xoắn ốc hiện đang lao về phía nhau với tốc độ 250.000 dặm một giờ. Khi chúng va vào nhau, nó sẽ không thảm khốc như bạn tưởng tượng - Trái đất có thể sẽ tồn tại và rất ít ngôi sao thực sự sẽ bị phá hủy. Thay vào đó, siêu thiên hà mới hình thành sẽ mang đến cảnh quan bầu trời đêm với sự kết hợp ngoạn mục của các ngôi sao và các tia sáng không giống bất cứ thứ gì chúng ta thấy ngày nay.
Lấy Dải Ngân hà làm hệ quy chiếu và không xét đến tốc độ quay của Mặt trời, theo ước tính của các nhà khoa học, tại vị trí của Hệ Mặt trời của chúng ta, tốc độ tối thiểu cần thiết để một thiên thể thoát khỏi giới hạn hấp dẫn của Dải Ngân hà là khoảng 320 km/giây.
Từ năm 2005, các nhà khoa học đã lần lượt phát hiện ra một số ngôi sao chuyển động cực nhanh trong Dải Ngân hà, tốc độ của chúng có thể đạt tới hơn 1.000 km/giây, thậm chí có một số ngôi sao có thể vượt quá 2.000 km/giây, vượt xa tốc độ thoát ra của Dải Ngân hà ở thời điểm hiện tại. Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu không có gì bất ngờ xảy ra thì những ngôi sao này đều sẽ thoát khỏi Dải Ngân hà trong tương lai.
Tàu thăm dò Gaia là tàu thăm dò không gian do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phóng vào năm 2013. Nhiệm vụ chính của nó là lập bản đồ vị trí và quỹ đạo chuyển động của hơn 1 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà. Nó có thể đo được các vị trí và chuyển động của các ngôi sao, độ sáng và màu sắc, đồng thời cũng có thể đo quang phổ của các ngôi sao để xác định thành phần hóa học và tốc độ chuyển động của chúng.
Chúng ta thực sự không biết có cụ thể bao nhiêu ngôi sao trong thiên hà của chúng ta. Nhiều trong số chúng là những ngôi sao mờ, có khối lượng thấp, khó phát hiện ở khoảng cách vũ trụ rộng lớn. Các nhà thiên văn học đã ước tính tổng số sao dựa trên khối lượng và độ sáng của Dải Ngân hà, nhưng vẫn khó nắm bắt được con số chính xác.
Một nhóm nghiên cứu thiên văn học từ Đại học Barcelona ở Tây Ban Nha nêu trong bài báo rằng dựa trên các thông số chuyển động của sao mà máy dò Gaia thu được, họ đã theo dõi và nghiên cứu một nhóm gồm 1.752 ngôi sao có loại quang phổ loại O và Be. Đây đều là những ngôi sao có khối lượng lớn và các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng có lẽ có nhiều ngôi sao thoát ra khỏi Dải Ngân hà hơn người ta nghĩ trước đây, ước tính lên tới 10 triệu ngôi sao.
Số lượng ngôi sao trong Dải Ngân hà có thể lên tới 400 tỷ, nếu thực sự có 10 triệu ngôi sao thoát khỏi Dải Ngân hà thì đây không phải là một con số nhỏ.
Dải Ngân hà cũng được bao quanh bởi hơn 150 nhóm sao cổ xưa, một số trong số đó nằm trong số những nhóm sao cổ nhất trong vũ trụ.
Về nguồn gốc tốc độ cực cao của những ngôi sao này, các nhà thiên văn học đã đưa ra nhiều khả năng, trong đó có hai khả năng được công nhận cao.
Một cái được gọi là "lý thuyết phóng động lực". Quan điểm này cho rằng sự phóng động lực có nhiều khả năng xảy ra, trong các cụm sao trẻ dày đặc chứa một số lượng lớn các sao có khối lượng lớn. Khi khoảng cách đủ gần, lực hấp dẫn phức tạp giữa nhiều sao tương tác có thể khiến một hoặc nhiều ngôi sao bị ném ra ngoài và những ngôi sao bị ném này có thể đạt tốc độ cực nhanh.
Các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra nguyên nhân khiến các ngôi sao này có tốc độ nhanh đến vậy. (Ảnh minh họa)
Cái còn lại gọi là "thuyết siêu tân tinh nhị phân". Quan điểm này cho rằng trong hệ nhị phân hoặc hệ nhiều sao, nếu một ngôi sao trải qua vụ nổ siêu tân tinh, áp suất bức xạ mạnh và sóng xung kích vật chất mà nó tạo ra có thể khiến các ngôi sao khác trong hệ nhị phân hoặc hệ thống nhiều sao nơi nó tọa lạc thu được động năng lớn và bị đẩy ra khỏi hệ thống đôi hoặc nhiều sao.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra nguyên nhân nào khiến những ngôi sao này đạt được tốc độ nhanh như vậy, hay có phải do nhiều yếu tố, tỷ lệ của các yếu tố khác nhau hay không.