并合假說面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是它無法解釋在今天的宇宙中看到的數(shù)目眾多的旋渦星系——超過一半的星系都是旋渦星系。旋渦星系的結(jié)構(gòu)很脆弱，與近鄰星系的相互作用很快就會破壞它的旋渦形狀。也許今天我們看到的旋渦星系沒有與其他星系發(fā)生過相互作用，這也是它們能夠保持美麗的旋渦結(jié)構(gòu)和正在進行的恒星形成的原因。

在星系一生最初的幾十億年，累積的物質(zhì)在星系盤上沉淀下來。星系不斷地吸積高速云和矮星系中落下的物質(zhì)。這些物質(zhì)主要是氫和氦。恒星的生死循環(huán)緩慢地提高2星系如何形成與演化51

暗物質(zhì)——現(xiàn)在你既能又不能看到它暗能量——現(xiàn)在你既了解又不了解它我們能接收到的宇宙的大多數(shù)光要么直接來自恒星，要么是由恒星發(fā)出但在其到達地球的路途中被改變的。但有明確的證據(jù)顯示確實存在我們不能直接看到的“物質(zhì)”，這種暗物質(zhì)正是星系以及整個宇宙的主要成分。

天文學(xué)家弗里茨·茲維基（Fritz Zwicky）通過觀測后發(fā)現(xiàn)了星系團邊緣附近星系的運動，于1933年第一次提出“失蹤質(zhì)量”概念。被測星系中恒星的運動速度太快了，以至于不可能只靠光學(xué)波段可見質(zhì)量的引力將所有恒星束縛在一起。

暗物質(zhì)的另一個標志性里程碑是對旋渦星系旋轉(zhuǎn)曲線的觀測。1975年，韋拉·魯賓（Vera Rubin）發(fā)現(xiàn)旋渦星系的成員恒星差不多以相同的軌道速度旋轉(zhuǎn)，并不是按照期望的那樣，在星系可見邊緣處恒星的轉(zhuǎn)動會慢下來。這項研究的結(jié)果表明，星系最多可以有50%的質(zhì)量是蘊含在不可見的暗暈中的。

我們不知道這些不可見物質(zhì)的本質(zhì)和成分。暗物質(zhì)成為觀測和理論天文學(xué)家熱衷的前沿研究領(lǐng)域。對暗物質(zhì)可能的構(gòu)成有多種假設(shè)，其中包括褐矮星和行星（二者統(tǒng)稱為MACHOs，即暈族大質(zhì)量致密天體）、早期宇宙產(chǎn)生的量子黑洞、不發(fā)光的氣體云、普通和有質(zhì)量的中微子以及各種各樣的奇異粒子，例如弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMPs）。

威爾金森微波各向異性探測器 13（WMAP）和其他望遠鏡的探測結(jié)果令人沮喪，目前我們的探測技術(shù)和智力水平只能了解僅占宇宙全部物質(zhì)能量4%的普通物質(zhì)。其余宇宙的大約1/4(22%）為暗物質(zhì)，剩下的74%是更加難以捉摸也更詭異的暗能量，關(guān)于后者我們所知更少。我們僅僅知道暗能量對宇宙施以排斥力，與星系間的引力相抗衡，這剛好能夠解釋最近觀測到的宇宙加速膨脹。