在浩瀚無垠的宇宙中，有一種神秘物質雖無法被直接觀測，卻對宇宙結構的形成與演化起著至關重要的作用，它就是暗物質。據天文學家長期研究，宇宙中暗物質占比約26.8%，而可見物質僅占4.9%，如此龐大的占比，讓暗物質成為研究宇宙的關鍵線索。

暗物質雖不參與電磁相互作用，無法通過電磁輻射被探測，但天文學家憑借智慧與科技，找到了多種揭示其存在及作用機制的方法。引力透鏡效應便是其中之一，當某一區域存在大量暗物質，形成暗物質暈時，該區域背景星系的光線會發生偏折。天文學家通過觀測這種偏折情況，就能分析出暗物質的質量分布。若結合多波段觀測數據，還能進一步確定暗物質暈的范圍和密度。不過，引力透鏡效應更適用于大尺度暗物質探測，對于小尺度暗物質分布，星系旋轉曲線分析則更為有效。

星系旋轉曲線描繪的是星系中恒星圍繞星系中心旋轉的速度與到星系中心距離的關系。它蘊含著星系質量分布的關鍵信息，其形態由星系內可見物質與暗物質的總質量決定。天文學家在長期觀測中發現，星系外圍恒星的旋轉速度并未隨距離增加而降低，反而保持恒定甚至略微上升，這種異常變化正是暗物質存在的有力證據。目前，美國天文學家吉姆·皮布爾斯提出的冷暗物質模型是最常用的暗物質分布模型。

冷暗物質模型將暗物質主導的宇宙結構分為不同層級。超星系團尺度暗物質暈質量可達10^15 - 10^17太陽質量，范圍延伸數百萬光年，是宇宙大尺度結構的核心骨架，維系著多個星系團的聚合；星系團尺度暗物質暈質量在10^13 - 10^15太陽質量，范圍約數百萬光年，包裹著數十上百個星系，阻止星系團分散；星系尺度暗物質暈質量為10^11 - 10^13太陽質量，范圍數十萬光年，是星系形成的“引力搖籃”，托起單個星系的運轉；矮星系尺度暗物質暈質量在10^9 - 10^11太陽質量，范圍數萬光年，暗物質占比極高，可達99%以上，支撐著矮星系的穩定；恒星系統尺度暗物質質量低于10^9太陽質量，分布稀疏，對恒星運動影響微弱，目前尚未觀測到明確作用痕跡。

綜合星系旋轉曲線和引力透鏡效應的分析可知，銀河系外圍存在巨大的暗物質暈。因為銀河系外圍恒星的旋轉速度遠超可見物質引力所能支撐的范圍，所以暗物質的引力是銀河系穩定運轉的關鍵。對暗物質作用機制的分析，不僅能讓我們了解宇宙大尺度結構的形成原因，還能知曉星系的演化歷程。

研究發現，暗物質的引力作用與宇宙結構形成速度成正比。暗物質不參與電磁相互作用，不會被輻射壓推開，能先于可見物質形成引力勢阱，可見物質在暗物質引力牽引下，逐漸聚集到這些勢阱中，形成星系、星系團等結構。因此，暗物質分布密集的區域，星系形成速度極快，如距離地球約10億光年的阿貝爾2029星系團，其核心暗物質暈質量達10^17太陽質量，內部聚集了上千個星系；而暗物質稀疏的宇宙空洞區域，幾乎沒有大型星系形成，僅存在少量孤立的矮星系。通過分析暗物質分布，就能確定宇宙不同區域的結構演化階段。

那么，暗物質的作用機制是如何得到證實的呢？雖然暗物質無法直接觀測，但可通過多種天文現象探尋其作用規律。子彈星系團碰撞觀測便是其中一種方法，該方法主要用于驗證暗物質與普通物質的分離，且需多波段觀測數據支撐。子彈星系團由兩個星系團碰撞形成，碰撞過程中，可見物質因相互作用減速，而暗物質不受碰撞影響繼續前行。通過X射線觀測可見物質分布，再通過引力透鏡觀測暗物質分布，會發現兩者出現空間分離，從而證實暗物質的獨立存在。

宇宙微波背景輻射也提供了重要線索。它是宇宙大爆炸的余暉，其溫度分布的微小起伏包含著宇宙早期物質分布的信息。其特征與暗物質主導的宇宙演化模型高度契合，天文學家通過分析微波背景輻射的功率譜，就能推算出暗物質的密度參數和演化規律。