在浩瀚无垠的宇宙中，有一种神秘物质虽无法被直接观测，却对宇宙结构的形成与演化起着至关重要的作用，它就是暗物质。据天文学家长期研究，宇宙中暗物质占比约26.8%，而可见物质仅占4.9%，如此庞大的占比，让暗物质成为研究宇宙的关键线索。
暗物质虽不参与电磁相互作用，无法通过电磁辐射被探测，但天文学家凭借智慧与科技，找到了多种揭示其存在及作用机制的方法。引力透镜效应便是其中之一，当某一区域存在大量暗物质，形成暗物质晕时，该区域背景星系的光线会发生偏折。天文学家通过观测这种偏折情况，就能分析出暗物质的质量分布。若结合多波段观测数据，还能进一步确定暗物质晕的范围和密度。不过，引力透镜效应更适用于大尺度暗物质探测，对于小尺度暗物质分布，星系旋转曲线分析则更为有效。
星系旋转曲线描绘的是星系中恒星围绕星系中心旋转的速度与到星系中心距离的关系。它蕴含着星系质量分布的关键信息，其形态由星系内可见物质与暗物质的总质量决定。天文学家在长期观测中发现，星系外围恒星的旋转速度并未随距离增加而降低，反而保持恒定甚至略微上升，这种异常变化正是暗物质存在的有力证据。目前，美国天文学家吉姆·皮布尔斯提出的冷暗物质模型是最常用的暗物质分布模型。
冷暗物质模型将暗物质主导的宇宙结构分为不同层级。超星系团尺度暗物质晕质量可达10^15 - 10^17太阳质量，范围延伸数百万光年，是宇宙大尺度结构的核心骨架，维系着多个星系团的聚合；星系团尺度暗物质晕质量在10^13 - 10^15太阳质量，范围约数百万光年，包裹着数十上百个星系，阻止星系团分散；星系尺度暗物质晕质量为10^11 - 10^13太阳质量，范围数十万光年，是星系形成的“引力摇篮”，托起单个星系的运转；矮星系尺度暗物质晕质量在10^9 - 10^11太阳质量，范围数万光年，暗物质占比极高，可达99%以上，支撑着矮星系的稳定；恒星系统尺度暗物质质量低于10^9太阳质量，分布稀疏，对恒星运动影响微弱，目前尚未观测到明确作用痕迹。
综合星系旋转曲线和引力透镜效应的分析可知，银河系外围存在巨大的暗物质晕。因为银河系外围恒星的旋转速度远超可见物质引力所能支撑的范围，所以暗物质的引力是银河系稳定运转的关键。对暗物质作用机制的分析，不仅能让我们了解宇宙大尺度结构的形成原因，还能知晓星系的演化历程。
研究发现，暗物质的引力作用与宇宙结构形成速度成正比。暗物质不参与电磁相互作用，不会被辐射压推开，能先于可见物质形成引力势阱，可见物质在暗物质引力牵引下，逐渐聚集到这些势阱中，形成星系、星系团等结构。因此，暗物质分布密集的区域，星系形成速度极快，如距离地球约10亿光年的阿贝尔2029星系团，其核心暗物质晕质量达10^17太阳质量，内部聚集了上千个星系；而暗物质稀疏的宇宙空洞区域，几乎没有大型星系形成，仅存在少量孤立的矮星系。通过分析暗物质分布，就能确定宇宙不同区域的结构演化阶段。
那么，暗物质的作用机制是如何得到证实的呢？虽然暗物质无法直接观测，但可通过多种天文现象探寻其作用规律。子弹星系团碰撞观测便是其中一种方法，该方法主要用于验证暗物质与普通物质的分离，且需多波段观测数据支撑。子弹星系团由两个星系团碰撞形成，碰撞过程中，可见物质因相互作用减速，而暗物质不受碰撞影响继续前行。通过X射线观测可见物质分布，再通过引力透镜观测暗物质分布，会发现两者出现空间分离，从而证实暗物质的独立存在。
宇宙微波背景辐射也提供了重要线索。它是宇宙大爆炸的余晖，其温度分布的微小起伏包含着宇宙早期物质分布的信息。其特征与暗物质主导的宇宙演化模型高度契合，天文学家通过分析微波背景辐射的功率谱，就能推算出暗物质的密度参数和演化规律。
