在20世纪60年代后期与70年代，华盛顿卡耐基学院地磁系的薇拉·鲁宾和肯特·福特开始研究螺旋星云。这些巨大的恒星旋涡占所有星系的15%，其中当然也包括我们的银河星系。鲁宾和福特开始测量这些螺旋星云中的恒星的速度，想知道它们在围绕着庞大的中心“隆起”旋转时，到底有多快。这两位天文学家挑选了一些看上去是侧向的螺旋星云，因为在这样的系统中，恒星是沿着我们的视线运动的。
用一台超精密的光谱仪，他们能够以超越过去任何曾经有过的精度，测量恒星的速度。在距离每片星云中心越来越远的位置上，恒星应该受到越来越弱的引力的作用。因此，鲁宾和福特推测，他们会发现恒星的旋转速度将越来越慢，这就与在我们的太阳系中，距离太阳越远的行星速度越慢的情况完全一样。但他们最终发现，情况并非如此。从每个螺旋星云的中心开始，一直到这两位天文学家能够看到恒星的最远距离，恒星的公转速度保持恒定。
它们的旋转速度实在太快了，就像孩子们坐在加速运行的旋转木马上一样，它们应该被星云木马甩出来才对。它们应该在广阔的星际太空中遨游。无论用何种方式，它们的母星系都不可能束缚住它们。但其实存在这种方式。现代天文学家与他们的19世纪先辈们具有一个共同点：他们都对牛顿引力定律有着无可动摇的信仰，因为该定律在多个世纪中留下了如此众多的成功记录。于是，他们挺身而出，对恒星在螺旋星云中的反常运动提供了一项解释。
与亚当斯和勒威耶为天王星的反常运动提供的解释相比，二者并非差之千里。天文学家们坚信，螺旋星云中的恒星没有投奔星际空间，个中缘由是，它们受到的引力并非仅仅来自用望远镜能够看到的那些物质，而是要比这多得多。令人瞩目的观点是，每一个螺旋星云都镶嵌在广阔的“暗物质”球形云朵中，很像一张CD光盘镶嵌在一大群蜜蜂里。
暗物质不会发光，或者至少不会发出足以被当前人类拥有的最精密的仪器发现的光，而且它们的数量通常是可见恒星的十倍。海王星的发现仅仅证明，我们忽略了太阳系中一个行星的存在。暗物质的发现则比这个更严重了一些。它说明，我们忽略了宇宙中的大多数物质。宇宙中的事物远远多于任何人的想象。实际上，告诉我们这一点的头几个线索出现在20世纪30年代。
弗里茨·茨维基是一位在帕萨迪纳的加州理工学院任职的瑞士裔美国天文学家，他当时在观察星系团。让他吃惊的是，他发现这些星系团的成员星系旋转的速度实在太快。按照一般规律，它们应该被甩到无穷远处才对。在差不多同一时间，荷兰天文学家扬·奥尔特发现，邻近太阳的恒星似乎正围绕着我们的银河系的中心高速旋转，其速度之快，用太阳轨道内任何可见物质的引力都无法解释。
茨维基的结论是，在星系团中肯定存在着大量其他物质；而奥尔特的结论是，在我们自己的银河星系中必定存在着大量物质，是望远镜看不到的东西。茨维基为这种物质起了一个名字：暗物质（德语为 Dunkle Materie）。正是这些暗物质的额外引力，维系了各自的星系与恒星。在宇宙中存在着“无法找到的质量”，不知道为什么，这一想法最初并没有进入天文学的主流，或许这是因为人们难以相信这一点。
鲁宾与福特对涡旋星系内的恒星轨道进行了超精确的观察，这一结果改变了一切。他们对恒星的反常速度进行了测量，而且是大量的测量。没有人能忽视事实的存在。引力能够做的还不只是揭示暗物质的存在，人们还可以用它来推导这些物质的分布。这是因为，在其前往地球的旅途中，来自遥远的星系的光会被它们穿过的暗物质的引力弯曲，或者说，会在通过暗物质“透镜”的时候受到“折射”。
通过遥远星系形象的变形度或者说“弱引力透镜效应”，人们有可能推导暗物质的分布。人们现在正在智利的一座山上建造一台可以利用这一效应的望远镜。大型综合巡天望远镜是一种反效望远镜，它完全颠覆了望远镜的概念。通过接收到的光，它能显示黑暗的真容。暗物质存在的证据不只来自涡旋星系，它们也同样来自另一个重要的地方。宇宙诞生于138亿2千万年前的一次巨型爆炸，人称宇宙大爆炸。从那时起它便一直在膨胀与冷却。
大约1千亿个星系从逐步冷却的碎片中凝聚出来，其中包括我们的银河星系。有关这个图像的一个严重问题是，它无法预测宇宙的一个相当重要的特点：我们的存在。星系之所以形成，是因为在大爆炸火球的某些区域的密度比其他区域略大（人们相信，在宇宙诞生后远远不到一秒钟的时间里，所谓“密度涨落”便通过“量子”过程镌刻在宇宙上，但这是另外一个故事了）。
由于在密度稍微大一点的区域内有稍强的引力，这些地区收罗物质的速度便高于其他区域，这进一步增大了它们的引力，于是收罗物质的速度又进一步加快。这与富人会变得更富的过程类似。但关键的一点是：这一过程太慢了。
自从宇宙诞生以来，138亿2千万年的时间转瞬即逝，对于打造银河系这样庞大的星系来说，这段时间短得可怜：除非存在着比我们的望远镜能够看得到的东西多得多的物质，它们的引力才足以令星系形成，也就是说：必须有暗物质。可见物质是那些形成了原子的物质，它们组成了你、我、恒星和星系。但宇宙中的暗物质多于可见物质，数量在5至6倍之间。
事实上，一台名叫“普朗克”的欧洲空间望远镜观察到了宇宙大爆炸火球发生之后的残光，因此我们的估算才更准确了一些。在宇宙中，4.9%的质量—能量是原子，26.8%是暗物质（其余68.3%叫作“暗能量”，直到1998年才被发现。它是看不见的，但填充了整个空间，具有排斥性引力，但那也是另一个故事了）。至于说到暗物质的身份，也就是它实际上是什么东西，你的猜测会和我的一样好。
一种想法认为，它们是由迄今为止尚未发现的亚原子粒子组成的。还有一些猜测性的物理学理论，诸如“超对称”理论，其中假定有大量新的基本粒子，它们“感觉”不到电磁力，因此不会发出电磁波（即光）。另外一种想法认为，暗物质是由冰箱大小的黑洞组成的，每个的质量都如同木星一样庞大，是在宇宙大爆炸火球内存在的暴烈条件下生成的。
如果暗物质是由“原始”黑洞组成的，并假定它们在整个宇宙中均匀分布，则距离我们最近的一个大约在30光年以外，10倍于和我们最近的恒星半人马座阿尔法星的距离。如果暗物质是由亚原子粒子组成的，那它们此刻便正在穿过你飞行，丝毫不受你的身体的原子的影响，就好像子弹飞过雾气一般容易。有关暗物质，只有一件事是肯定的：如果你能搞清楚它的身份，将会有一份诺贝尔奖奖金在斯德哥尔摩等着你去领取。