“多年来，人们的预期和观察结果之间的差距越来越大，我们正努力填补这一差距。”——耶利米·奥萨特
在我们看来，宇宙中除了以正常物质（质子、中子和电子）构成的星系以外什么都没有了。而这些星系可以分为两大类：螺旋星系和巨型椭圆星系。我们可以观察到的东西，我们会切实的认为这些东西存在，而我们看不见、摸不着的东西就很难相信其真实的存在，例如暗物质。我们听了太多的理论都认为暗物质存在，所以你可能想知道，我们到底没有“观测”到它，哪怕是间接的观测到暗物质切实存在的证据！有，还真的有，今天我们说下，我们“看到的”暗物质。
我们还是先说理论部分如何证明其存在
宇宙中的星系，虽说在结构上不同，但这些星系都是由大量的恒星组成的，在我们的银河系中有数千亿颗恒星，而最大的椭圆星系中往往是数万亿颗恒星。
并且我们现在已经很清楚恒星是如何发光发热的，以及它们的亮度、颜色、光谱和其他内在属性是如何相互关联的，这样我们就可以通过测量星系的光度，来确定某个星系中有多少质量以恒星的形式存在。这个方法就是通过星系的光速来确定星系的质量。
如果一个星系的整个星系盘是直接面向我们的，就像上图的风车星系，那么我们就无法测量恒星在其中移动速度。因为我们测量恒星速度时测量的是径向速度或称为视向速度。即物体或天体在观察者视线方向的运动速度。
我们都知道恒星在星系中的运动遵循着众所周知的万有引力定律。如果我们能测量恒星移动的速度，就可以推断出星系里面有多少质量。这个方法是通过引力和恒星运动来确定星系质量的。
在宇宙中大多数星系不是直接面向我们的，都和我们的视线存在一个角度，这样我们就可以测量星系内部恒星的旋转速度。
不管是通过星系光度和引力所测量出的质量差，还是星系的实际旋转情况，都预示着星系内部除了我们常见的正常物质还有其他类型的质量存在，这样才能解释我们看到的运动。这个问题有两个合理的潜在解决方案：
引力定律是有问题，需要在比太阳系更大的尺度上做出修改。
我们对物质的理解不完整，必须有一种新的物质来解释我们所观察到的现象。
这两种可能性中的后一种就是我们现在熟知的，质量确实问题，也就是暗物质的概念。
当然，人们也想到了，这些“暗物质”可能只是普通物质（质子、中子和电子），只是它们不发出可见光而已。行星，你、我，尘埃，气体，甚至离子化的等离子体都是“正常物质”，本身不发射任何可见光。
但是我们在所有不同的波段下观察了星系，以及我们所知道的所有其他质量信号（如微透镜、吸收线、黑洞的特征等），我们发现没有足够的质量信息来解释缺失的质量。
还有，如果我们观察星系的引力透镜效应，即有多少光被前景星系弯曲、放大和扭曲，我们就可以推断出星系中存在的质量总量。
根据星系的引力透镜效应我们还是会发现质量不匹配的情况存在，我们所测量的每一个星系的总质量比所有正常物质所能解释的质量都要大得多。
我们通过引力透镜间接看到的暗物质
在原则上，不管理论告诉我们什么，其可能的解释也有可能是我们把万有引力定律搞错。所以我们需要做一个实验来测试是否有办法可以将正常物质从暗物质中分离出来。这听起来有点不太可能，但每隔一段时间，宇宙都会给我们提供一个理想的实验场所，两个巨大的物体会以极高的速度相互碰撞。
想象一下，在这两个物体中都有暗物质（蓝色部分）和正常物质（红色部分）。当它们碰撞时，普通物质就像你的手在碰撞时“啪”的一声合在一起，会相互作用，升温、耗散能量并减慢速度。但是暗物质不会相互作用（除了引力作用），所以暗物质只会直接穿过对方到达另一边。
加热后的气体会发射x射线，x射线的位置会显示出正常物质（不是恒星形式的物质）的位置。
为什么不是恒星呢？
我们可以将恒星、气体和暗物质想象成以下几种物体，让这些物体互相对射：
恒星为鸟枪
气体为泡沫，和
暗物质为一些永远不会碰撞的新物质，
现在互相射击。几乎所有情况下，鸟枪的弹丸都会互相错过。在罕见的情况下，可能会发生碰撞，意思就是星系相撞时，恒星基本不会碰撞，这得益于广阔的星际空间。另一方面，如果射正了，泡沫就会互相碰撞。而这些新材料总是会直接通过彼此。
那么我们怎么知道这种新型材料是否真的存在呢？
我们可以利用引力透镜现象！虽然我们没有一个超致密的团块来获得比较大的透镜弧线，但仍然可以得到微弱的引力透镜，它会将背景光源（比如星系）的光线扭曲成特定的椭圆模式。
这些微引力透镜既可以告诉我们星系内的总质量，也能告诉我们它所处的位置，并且我们已经成功地用微透镜效应绘制了各种星系和星系团的质量。
事实上，我们已经在宇宙中发现了相当数量的巨型结构（星系团），它们正处于高速的碰撞过程中。一些星系团刚刚经历了碰撞，而另一些则处于碰撞的后期阶段，已经稳定了下来，进入一个更平衡的状态。我们就可以在这些碰撞的星系团中获得：光学上的恒星图像（鸟枪弹丸)，粉红色的气体x射线图像（泡沫），蓝色的暗物质质量重建图像（非碰撞物质）。
上图为第一个被人们发现碰撞星团：子弹星团，时间是在2006年，它显示出暗物质与x射线的明显分离。也就是蓝色和红色部分。
还有Abell 520，显示了碰撞后的晚期阶段。
还有Musket Ball Cluster，这是一个非常高速的碰撞，同时也显示了x射线和暗物质的巨大分离。
还有两个碰撞星团，即MACS J0025.4-1222（上图）和MACSJ0717（下图）。
以上的都是巨大的物质集合！都是星系团级别的碰撞。如果我们可以让一个星系与另一个星系碰撞，能观察到正常物质和暗物质的分离证据吗?
这个要求有点太高了，因为星系质量很小透镜的信号几乎是察觉不到。但是宇宙还是很仁慈地，给了我们两个非常非常小的星系群之间的碰撞，这两个星系群没有我们的本星系群大，里面包含了40到50个小的矮星系（如果它们加起来质量比仙女座星系还小)，它们以非常高的速度发生了相互碰撞。
它被命名为SL2S J08544-0121。通过可见光、X射线成像和大规模的引力重建，第一次显示了正常物质和暗物质在小结构中所处的位置之间的巨大差异！
总结：我们确实“看到了”暗物质
所以我们仅仅通过改变引力方程是无法解释这些观测结果的；无论我们对引力做出怎样的修改，宇宙都需要暗物质的存在。我们不仅有理论证明暗物质存在于巨大的星系团中，而且我们在一个非常小的星系团中也间接的发现了暗物质的存在。
