後來，瑞士天文學家茨維奇（Fritz Zwicky）在一個三億兩千萬光年外的星系團中，觀測到類似的反常行為；他發現這些星系彼此繞行的速度，比重力根據星系內恆星的總質量，所推算出的應有速度快了許多。如果不是這些星系含有的物質必定比看得見的物質更多，不然就是牛頓的重力定律錯了。茨維奇選擇前者，把它歸為大片大片看不見的氣體。
 
團團轉
 
1970年代，天文學家針對個別星系做了類似的觀測，結果發現這些星系旋轉得非常快，快到應該會把自己扯開。起先他們選擇了茨維奇的解釋（看不見的氣體），但遇到瓶頸。如果這種看不見的物質是由質子、中子及電子組成的普通物質，那麼我們對於恆星和星系形成的理解就是錯的：這些東西應該永遠不會迅速塌縮，形成最初的恆星與星系。
 
因此他們開始認為有其他的東西，這是一種神祕的物質，不會吸收或發出光或其他的電磁輻射，這正是我們看不見它的原因。但這種物質與重力有交互作用，因此我們看得見它對普通物質的影響。他們把它稱為暗物質。
 
如今宇宙學家認為，暗物質是宇宙的重要成分，大約占了宇宙的27％。如果少了暗物質提供的額外重力，星系就不會那麼快形成，我們今天看到的星系團及超星系團也不會形成。
 
暗物質主要集中在星系周圍的球狀暈。事實上，像銀河系這樣的螺旋星系，大部分的質量不在恆星和行星上，而是集中在環繞這些星體的無形物質裡。
 
幫助弱小
 
然而令人沮喪的是，我們仍然不知道暗物質是什麼。根據現有最好的理論，暗物質是由一種叫做大質量弱作用粒子的假想粒子組成的，如果這是對的，那麼每秒一定有上兆個這種粒子通過地球。科學家已經做了許多實驗，想偵測到大質量弱作用粒子或在實驗室製造這種粒子，但都沒有成功。
 
而且，天文觀測越詳細，事情就越詭祕。有時候似乎有太多暗物質，就像環繞著銀河系的矮星系發生的情形。這些星系旋轉得非常快，因此必定充滿了暗物質，但這和我們從星系形成理論了解到的事理恰好相反；星系形成理論告訴我們，星系中的暗物質總量和星系大小應該是大致成比例的。