من بين كل الاشياء التي راقبها الإنسان عبر التلسكوب، القليل منها فقط هو من تجاوز روعة مجرة حلزونية الشكل. دوامات من النجوم العظيمة، تدور بجلال وفي رقصة متوقعة. أننا نشاهد المليارت منها بتلسكوباتنا وهي تخبرنا أنها في نفس الوقت منتشرة ومستقرة في مداراتها.
ربما يكون مفاجئا أنه من السهل نسبيا فهم آليات عمل هذه المجرات. بالجمع بين المبادئ الفزيائية التي توصل إليها إسحاق نيوتن بأواخر القرن 17 وكمية الكتلة المرصودة في مجرة ما. يستطيع العلماء حساب معدلات دوران هذه المجرات. فباستخدام هذه التقنيات، يتنبأ علماء الفلك
بالسرعة التي ستنتقل بها النجوم عند مسافات مختلفة من مركز المجرة.
النجوم القريبة من المركز تتحرك ببطء. وذلك لأنه توجد كتلة قليلة جدا بينها وبين مركز المجرة لجذبها. النجوم الأكثر بُعْداً تنتقل أسرع، لأنه يتم جذبها من كل النجوم الموجودة بينها وبين مركزها وإذا ابتعدنا كثيرا، نتوقع أن النجوم ستنتقل مرة أخرى ببطء. المسافة الكبيرة تضعف الجاذبية لتجعلها بقوة لعبة شد الحبل. لدى فإنها تتحرك ببطء في مداراتها. بمعرفتهم لهذا، راقب العلماء المجرات وحسبوا سرعة تحرك النجوم. والمفاجئة، وجدوا أن كلما كانت حركة النجوم القريبة من المركز "كما توقعوا"، كانت تلك البعيدة تنتقل بسرعة أكبر. كانت هذه الملاحظة مدمرة لنظرية الجاذبية والحركة المعروفة.
إذا كانت النجوم تتحرك كما تبين قياساتهم ينبغي أن تتمزق المجرات عن بعضها البعض. كان مأزقا، حيث حاول الفلكيون والفزيائيون إيجاد الخطاء بحساباتهم. هل كانت نظرية الجاذبية لنيوتن خاطئة؟
هل كانت نظريته عن الحركة خاطئة؟
أو هل من الممكن أن يكون علماء الفلك قد أخطئوا بقياس كتلة المجرة؟
كل الخيارات درست وتم استبعادها كلها باستثناء واحدة. اليوم، يعتقد العلماء أن الجواب يكمن في نوع من المادة ظلت مجهولة، تدعى المادة المظلمة.
يمكن تصور هذه المادة المظلمة كسحابة تحيط بمعظم المجرات.
هذه المادة جد استثنائية. فهي تتأثر بالجاذبية، ولكنها لا تُرى بالضوء المرئي أو بأي إشعاع كهرومغناطيسي آخر. وسميت ب"المادة المظلمة" لعدم قدرتها على بعث أو امتصاص الضوء. تنضاف المادة المظلمة لجاذبية المجرة
لتفسير السرعة المدارية للنجوم البعيدة عن المركز المجري. لم يتم بَعْد مراقبة المادة المظلمة بشكل مباشر، ولكن العلماء يعتقدون أنه من المحتمل أن تكون حقيقية ، خاصة أن الخيارات الأخرى قد تم استبعادها. ويستمر علماء الفلك والفيزياء باستخدام عدة طرق للبحث عن دلائل مباشرة تثبت أن فرضية المادة المظلمة حقيقية. هذا التساؤل هو واحد من أهم التساؤلات بالقرن 21.