暗物质探索是宇宙学研究中极为神秘领域，暗物质占全宇宙质能的26%左右，目前科学家对暗物质的探索结果发现天体系统周围“遍布”暗物质，银河系周围存在大量的暗物质团，那么这些物质是由何种粒子构成的呢?虽然物理学家们并不知道暗物质到底是什么，但是大质量弱相互作用粒子(WIMPs)是一个候选者，暗物质粒子将是一个新的粒子，它的发现将对标准模型产生一定的影响，目前的实验并没有直接发现暗物质粒子的信号，原因可能是大质量弱相互作用粒子的信号微弱，低于目前探测器检出下限，可能还需要再降低两个数量级才可能探测到暗物质粒子。
目前的研究发现暗物质只通过引力与周围物质发生相互作用，不参与其他电磁作用，宇宙存在着大量的暗物质，最近有研究显示地球周围或存在一个巨大的暗物质晕，厚度可能接近200公里，另外太阳附近也被认为存在暗物质。从宇宙星系的尺度上看，暗物质的作用就更加明显，星系周围分布的暗物质对星系旋转速度产生了显著影响，美国国家航空航天局和欧洲航天局曾经使用哈勃空间望远镜以及陆基天文台对仙女座星系自转进行研究，同时也发现其周围存在远古时期被引力肢解的的小星系残骸，其周围的空间被认为存在大量的暗物质。
银河系周围也存在暗物质，此前有研究对银河系周围大约20个卫星天体集群进行观测，发现它们散布在一个较为完整的平面上，该平面与银盘形成了一个不偏不倚的角度，银河系卫星星系分布不寻常的现象被认为与暗物质有关。银河系中央附近也出现过疑似暗物质粒子的踪迹，美国国家航空航天局的费米空望远镜巡天观测到可能由大质量弱相互作用的粒子碰撞产生的伽玛光子，形成了特殊的“光束”。在一次费米空间望远镜专题讨论会上指出，暗物质粒子可能在130GeV左右，费米空间望远镜升空以来已经被用于多个领域的观测，其中包括对脉冲星和超大质量黑洞的发现任务，探索此类天体与伽玛射线之间的关系以及暗物质粒子的可能踪迹。
大质量弱相互作用的粒子是目前最流行的暗物质粒子候选者，这种粒子不通过电磁力、强核力与普通物质发生相互作用，只通过弱核力或者引力与我们可见的宇宙物质发生作用，也有些理论认为宇宙中至少有部分暗物质与磁畴壁结构存在关联，磁畴壁被认为是磁畴之间的边界层，类似于分布密集的泡沫之间的边界，科学家们之所以形成这个观点是鉴于早期宇宙中充斥着各种奇特的场，随着宇宙的不断膨胀，温度也逐渐下降，各种场也随之消失了，由此在当代宇宙中留下了残缺不全的磁域界，并拥有独特的性质，不同场能够维持相互紧挨的状态，就需要在磁畴壁间存储一定的能量，由于质量和能量可以互换，由此从宇宙大尺度上看，各种场的磁畴壁结构就如同质量群，即暗物质，然而磁畴壁假说无法完全解释宇宙中的所有暗物质。
目前探索暗物质方法有多种，比如采用惰性液体探测器、低温探测器，进行暗物质搜索实验需要排除其他干扰，由于暗物质粒子与其他粒子之间的相互作用极为微弱，因此意大利大萨索山进行的CRESST II实验就是使用了大山作为屏蔽体，极厚的岩石可稍弱宇宙射线的背景噪声，探测暗物质粒子装置中使用了几十个超低温的钙钨晶体，确切的说是使用了钨酸钙晶体，其高灵敏度可用来探测暗物质，当粒子击中钨酸钙晶体的时候，晶体散发出光脉冲，接着高灵敏度的仪器可测量碰撞过程中产生的能量。
此外美国明尼苏达州CoGeNT暗物质探索计划位于700米深的地下实验室，是由一个废旧的矿井改建而成，使用高纯锗作为探测器来观测碰撞产生的信号。位于南达科他州的LUX实验是最灵敏的暗物质探测器之一，但还没有发现暗物质粒子的确凿证据，该实验的核心装置是一个1.8米高的钛容器，内部充满了液态氙气，并冷却到零下101摄氏度，如果大质量弱相互作用粒子与其他粒子发生作用，探测器就能发现其信号。
暗物质如同一扇“黑暗之门”，我们目前所看到的物质只占宇宙质能的很小一部分，宇宙中几乎被暗能量和暗物质充斥着，科学家已经发现了暗物质对宇宙星系和恒星系统产生的引力效果，大质量弱相互作用粒子可能就是科学家寻找的暗物质粒子。前不久国际空间站阿尔法磁谱仪(AMS)进行了暗物质探索实验，研究结果依然没有取得较大的进展，科学家认为当前的探测设备可能距离暗物质粒子所需的级别还有一段距离。
科学家发现银河系曾经发生过罕见的碰撞事件，一个巨大的宇宙天体在1亿年前闯入银河系，通过观测银河系中不均匀的恒星分布，便可以发现该事件遗留下的痕迹，而银河系至今还受到这场神秘碰撞的影响。银河系中存在的暗物质痕迹被称为“冒烟的枪”，这是由于科学家认为暗物质粒子通过神秘“通道”穿过太阳系。
加州大学模拟在暗物质介入下人马座矮星系与银河系相撞图像
通过对周围恒星的观测，可以发现存在不寻常的振动现象，天文学家认为这些奇怪的振动就是暗物质粒子所留下的，如同在暗物质天体与银河系发生碰撞后产生巨大冲击的“振铃”回声。这场发生在一亿年前的碰撞造成了银河系中恒星分布的不均匀，科学家认为要么是一个矮星系，要么是一个神秘的暗物质天体，犹如一缕波穿过银河系。
我们的银河系目前仍然受到这场怪异的宇宙碰撞事件影响，来自加拿大和美国的天文学家小组发现这场遭遇导致的结果如同“冒烟的枪”，其发生的位置靠近太阳系所在的银河系旋臂位置，至少在宇宙学意义上，我们可以认为这场碰撞是在近期发生，离我们并不遥远。根据加拿大皇后大学的教授拉里·韦德若(Larry Widrow)介绍：“我们发现了在一亿年前发生的神秘碰撞证据，当时银河系遇到了一个矮星系或者是一个存在大量暗物质结构的天体，碰撞产生的证据我们已经有所掌握。”
我们清楚地观测到在银河系恒星分布盘的上方和下方发现了垂直的波，在此之前该现象还没有探测到。这些发现基于庞大的斯隆数字巡天计划，该计划旨在对银河系30万颗恒星进行观测记录，在银河系银盘附近的恒星群正在以每秒二十至三十公里的速度移动，并围绕着银河系中央以每秒220公里的速度转动。科学家认为“冒烟的枪”是在未知作用下恒星群出现了分布不均匀，似乎暗示了存在一个如星系质量大小的天体直接穿过银河系。拉里·韦德若教授与其他四位分别来自肯塔基大学、芝加哥大学和费米国家加速器实验室的合作作者发现太阳系附近恒星群的位置和运动与之前理论模型不符。
根据隶属于美国能源部的费米国家实验室科学家布赖恩·杨尼(Brian Yanny)介绍：“在碰撞发生后，我们银河系一部分的震荡如同钟摆在响，但我们还是没有能发现并识别出穿过银河系的天体，它可能是一个很小的卫星星系正在闯过银河系中央部分，例如围绕在银河系周围不可见的暗物质晕结构。”肯塔基大学的物理学教授苏珊·加德纳认为：碰撞发生后产生的摄动并不是一个孤立的、过去存在的单一事件，它甚至可能还在进行之中，后续的补充观测可能可以更好地将暗物质星系的起源查清。
当科学家开始分析斯隆数字巡天(SDSS)数据时，他们注意到在银河系中平面南北两侧分布的恒星群位置与统计学上的结果存在差异性，斯隆数字巡天则是通过光电探测器对大天区进行巡天观测。通过一年多的研究，科学家小组探讨了各种导致银河系中平面南北不对称的原因，例如在星系尺度上进行星际尘埃的影响分析和对被选定的恒星群进行调查。当这些努力都失败时，科学家们探索出另一种独特的解释，观测数据表明在银河系历史上曾经发生了一些不同寻常的事件。科学家利用计算机来模拟探索当卫星星系或者暗物质结构穿过银河系中平面时会发生何种现象，研究结果表明在接下来的一亿年左右的时间里，银河系不寻常的“震荡回声”将停止，中平面南北天区不对称的情况将逐渐消失，太阳系附近进行垂直运动的恒星群也将恢复它们的平衡轨道，一切都将恢复正常秩序，除非我们的银河系再次遭遇暗物质天体。
宇宙中如影随形的“暗物质”
银河系的年龄超过了90亿年，大约有一千亿颗恒星，总质量大约是太阳质量的三千亿倍的太阳质量。其中大部分的质量存在于银河系内和周围宇宙空间中，而且是以暗物质形式存在。目前，科学家们统计发现了超过二十个小卫星星系存在于银河系周围，并围绕着银河系核心进行运动，质量区间从一百万倍太阳质量到十亿倍太阳质量之间。除此之外，在银河系周围也可能存在看不见的暗物质星系，而在宇宙中暗物质天体的质量是可见天体质量的六倍之多。天文学家通过电脑模拟已经发现了由暗物质组成的大尺度结构，这些大规模的不可见结构正在银河系中移动。
由于暗物质星系质量庞大，而且分布广泛，因此银河系中平面南北不对称之谜很可能是由看不见的暗物质星系穿过银河系时产生的垂直波导致的。加拿大皇后大学的教授拉里·韦德若认为：在未来的天文学研究计划中，如隶属于欧洲空间局(ESA)的盖亚(Gaia)探测器将以前所未有的精度绘制银河系中恒星分布的详细地图，希望能探测到银河系中不寻常的垂直扰动。日本国家天文观测站的研究小组使用VLBI射电天体探测网(VERA)和其他先进射电望远镜精确地测量了一些天文学上的基本尺度，最新的巡天调查结果显示，太阳到银河系中心的距离为26,100光年，以及银河系自转速率在太阳系位置上的线速度为每秒240公里。这个数值高于先前所认为的每秒220公里，那么是由什么原因导致的呢?
科学家认为是在暗物质介入下，太阳系的公转速度与之前的计算值不同，较此前认为的大了百分之二十左右。然而，我们的银河系外观是什么样的、直径多大、质量是多少等信息尚未有个明确的数值，我们现在知道银河系是一个具有棒状核心的螺旋星系。最大的原因是我们无法在银河系之外对自己进行观测，毕竟我们处于银河系之中，为了能从银河系的内部观测以绘制出整个银河系的形状结构图，科学家们就需要精确地测量银河系内部每个定位星系与太阳系的距离，从而才能绘制出银河系的地图。
天文学家构想下的一颗系外行星由暗物质提供能量
在这种情况下，天体三角视差法或者周年视差法通常被用于测量天体距离。三角视差法是利用地球公转轨道上直径两端以及目标天体构成的三点，通过三角函数公式进行计算，但该方法测量距离有限。因此我们不能用此方法测量距离太阳系超过1000光年远的天体，1000光年对于太阳到银河系中央距离(26,100光年)而言显得太小的。本次测量天文尺度使用到了VLBI射电天体探测网，这是一组分布在岩手县、鹿儿岛等地的20米直径射电望远镜阵列，科学家们通过甚长基线干涉技术(VLBI)来测量目标天体与太阳系的距离，并绘制出银河系的三维结构图。
多点联网的射电望远镜阵列从岩手县至冲绳县分布，四个观测站位形成的射电网相当于2300公里直径的巨型观测天线效果。VERA天文观测计划使用的四台射电望远镜观测结果将汇集到位于东京的日本国立天文台，期间发现了19个恒星形成区，同时VLBI射电天体探测网也得到了美国设备的支持，欧洲射电网络也对银河系恒星群定位进行观测。
本项研究成功地精确测量银河系的尺度结构，其中太阳系到银河系中央区域距离为26,100 光年±1,600 光年，太阳系围绕银河系中央公转的速度为240 ± 14 km/s.按照这个两个数值进行进一步的计算，科学家推出太阳系围绕银河系的公转周期为2亿年。在此之前，太阳系围绕银河系公转的速度值被认为大于220公里每秒，这是1985年国际天文学联盟认可的观测结果，但本次最新的观测发现使得对太阳系的公转速度以及银河系的质量分布进行重新定位。
一般情况下，银河系的自转速度效应可以平衡天体的引力，因此银河系的旋转与银河系的质量存在关联，由于暗物质效应的介入，使得当前太阳系公转的线速度值与此前的计算结果存在百分之二十的差距，这就意味着银河系中的暗物质比此前估计的总量更多。当前暗物质理论主要认为其是由基本粒子组成，一些实验粒子物理学家一直在进行暗物质探测实验来寻找暗物质粒子，因此本项观测对银河系暗物质总量的重新定位也将影响到当前任何一个暗物质探测实验。对银河系天文学尺度的精确观测也是一个里程碑式的成就，即2012年是VERA天文观测计划十周年，在未来10年左右的时间内，该射电观测计划将继续对银河系内天体进行精确定位，以绘制出更加精确的银河系基本结构图。
