一个由正常物质单独控制的星系(L)在近郊的旋转速度要比向中心低得多，类似于太阳系中行星的运动。然而，观测结果表明，旋转速度在很大程度上独立于星系中心的半径(R)，从而推断出大量不可见或暗的物质必须存在。
宇宙学的最终目标包含了任何科学领域的最大野心：理解整个宇宙的诞生、成长和进化。这包括每个粒子、反粒子和能量量子，它们是如何相互作用的，时空结构是如何与它们一起进化的。原则上，如果你能在早期写下描述宇宙的初始条件--包括它是由什么组成的，这些内容是如何分布的，物理定律是什么--你可以在将来的任何时候模拟它的样子。
然而，在实践中，这是一项极其困难的任务。有些计算很容易进行，把我们的理论预测和可观测现象联系起来是很清楚和容易的。在其他情况下，这种联系要难得多。这些连接提供了对暗物质的最佳观测测试，现在暗物质占可见宇宙的27%。但一个特别的考验是暗物质一次又一次失败的考验。最后，科学家们可能已经知道为什么，整件事可能只是一个数字上的错误。
在对数尺度上，附近的宇宙有太阳系和银河系。但更远的是宇宙中的所有其他星系，大尺度的宇宙网，以及大爆炸之后的瞬间。虽然我们无法观察到比这个目前距离461亿光年远的宇宙视界更远的地方，但在未来将有更多的宇宙向我们显现。今天，观测到的宇宙包含2万亿个星系，但随着时间的推移，更多的宇宙将变得对我们来说是可以观察到的，也许揭示了一些我们今天所不清楚的宇宙真理。
当你像今天这样思考宇宙时，当你在不同的尺度上审视它时，你就能立即意识到它有多大的不同。在单个恒星或行星的规模上，宇宙是非常空的，只有偶尔碰到的固体物体。例如，地球的密度大约是宇宙平均密度的10^30倍。但是当我们进入更大的尺度时，宇宙开始变得更加平滑。
像银河系这样的单个星系，可能只比宇宙平均密度高出几千倍，而如果我们在大星系群或星系团的尺度上考察宇宙(跨越大约1，000万到3，000万光年)，最稠密的区域仅仅是典型区域的几倍。在最大的尺度上--十亿光年以上，宇宙网的最大特征出现--宇宙的密度在任何地方都是一样的，精确度约为0.01%。
在现代宇宙学中，一个由暗物质和正常物质组成的大规模网络渗透到宇宙中.在单个星系和较小星系的尺度上，物质形成的结构是高度非线性的，密度与平均密度相差很大。然而，在非常大的尺度上，任何空间区域的密度都非常接近平均密度：大约99.99%的精度。
如果我们按照最好的理论期望来模拟我们的宇宙，正如所有观测所支持的那样，我们期望宇宙开始充满物质、反物质、辐射、中微子、暗物质和一点点暗能量。它应该已经开始的几乎完全均匀，密度过大和低密度的地区在1/30，000的水平。
在最初阶段，许多相互作用同时发生：
- 引力作用使超稠密区域生长，
- 粒子-粒子和光子-粒子相互作用的作用是分散正常物质(而不是暗物质)(并向其传递动量)，
- 没有辐射的溪流从规模足够小的超稠密地区流出，冲刷出过早形成的结构(规模太小)。
由COBE(在大尺度上)、WMAP(在中等尺度上)和Planck(在小尺度上)测量的宇宙微波背景中的涨落，不仅与量子涨落的尺度不变集合一致，而且其幅度太低，不可能产生于任意热的稠密状态。水平线代表最初的波动谱(来自膨胀)，而摇摆不定的水平线则代表了引力和辐射/物质的相互作用如何在早期阶段塑造了不断膨胀的宇宙。中巴持有一些最有力的证据支持暗物质和宇宙膨胀。
因此，当宇宙诞生38万年时，已经有了一种复杂的密度和温度波动模式，其中最大的波动发生在一个非常特定的尺度上：正常物质最大程度地塌陷，而辐射几乎没有机会自由流动。在较小的角度尺度上，波动呈现周期性的峰值和低谷，振幅下降，就像你理论上预测的那样。
由于密度和温度的波动--即实际密度与平均密度的偏差--仍然很小(远小于平均密度本身)，所以这是一个很容易预测的预测：你可以进行分析。在观测上，这种涨落的模式应该在宇宙的大尺度结构(显示星系间的关联和反关联)和在宇宙微波背景下的温度缺陷中显示出来。
宇宙微波背景(CMB)中出现的密度涨落取决于宇宙诞生的条件以及我们宇宙的物质和能量含量。这些早期的波动为现代宇宙结构的形成提供了种子，包括恒星、星系、星系团、细丝和大规模宇宙空洞。大爆炸最初的光与我们今天看到的星系和星系团的大尺度结构之间的联系，是吉姆·皮布尔斯提出的宇宙理论图景的最好证据。(Chris Blake和SAM Moorfield)
在物理宇宙学中，从理论的角度来说，这些是最容易做出的预测。你可以很容易地计算出一个完全均匀的宇宙，在任何地方都有相同的精确密度(即使它混合在正常物质、暗物质、中微子、辐射、暗能量等之间)将如何进化：这就是你如何计算你的背景时空将如何进化，取决于它里面的是什么。
你也可以在这个背景上加上不完美的地方。你可以提取非常精确的近似，方法是用平均密度来模拟任意一点的密度，再加上上面叠加的微小缺陷(正的或负的)。与平均(背景)密度相比，只要缺陷保持较小，这些缺陷如何演化的计算仍然很容易。当这个近似有效时，我们说我们处于线性状态，这些计算可以由人来完成，而不需要进行数值模拟。
12万个星系的三维重建和它们的聚集特性，从它们的红移和大尺度结构的形成来推断。来自这些调查的数据允许我们进行深星系计数，我们发现这些数据与扩展场景和几乎完全一致的初始宇宙是一致的。然而，如果我们在较小的尺度上观察宇宙，我们会发现与平均密度的偏离是巨大的，我们必须深入到非线性的状态来计算(并模拟)形成的有效结构。(杰里米·丁克尔与SDSS-III合作)
这种近似在早期是有效的，在较大的宇宙尺度上，密度的波动相对于平均的宇宙密度来说仍然很小。这意味着，在最大的宇宙尺度上测量宇宙应该是对暗物质和我们的宇宙模型的一个非常强大、有力的测试。毫不奇怪，对暗物质的预测，特别是在星系团和更大的星系团的尺度上，是非常成功的。
然而，在较小的宇宙尺度上--特别是在单个星系的尺度和较小的尺度上--这种近似不再有任何好处。一旦宇宙中的密度波动与背景密度相比变得很大，你就不能再手工计算了。相反，当你从线性向非线性过渡时，你需要数值模拟来帮助你。
在20世纪90年代，第一批模拟开始深入到非线性结构形成的领域。在宇宙尺度上，它们使我们能够理解结构的形成将如何在相对较小的尺度上进行，这些尺度将受到暗物质温度的影响：它是相对于光速快速运动还是缓慢运动。根据这些信息(以及对小尺度结构的观测，如类星体拦截的氢气云的吸收特征)，我们能够确定暗物质必须是冷的，而不是热的(而不是热的)，才能再现我们所看到的结构。
20世纪90年代还首次模拟了在重力影响下形成的暗物质晕。各种模拟具有广泛的性质，但它们都显示出一些共同的特点，包括：
- 在中心达到最大值的密度，
- 它以一定的速度下降(如ρ~r^-1到r^-1.5)，直到达到一定的临界距离，这取决于总晕质量，
- 然后，“翻转”以不同的、更陡峭的速度(如ρ~r^-3)下降，直到降到平均宇宙密度以下。
四种不同的暗物质密度剖面来自模拟，以及一个(模拟的)等温剖面(红色)，更好地匹配观测，但模拟无法再现。(R.LEHOUCQ，M.Cass，J.-M.Casandjan，和I.Granier，A&A，11961(2013年))
这些模拟预测了所谓的“尖点晕”，因为在所有大小的星系中，包括最小的星系，最里面的区域的密度仍在不断上升，甚至超过更替点。然而，我们观察到的低质量星系并没有表现出与这些模拟相一致的旋转运动(或速度色散)；它们更适合于“核心样晕”，也就是在最内部区域具有恒定密度的光晕。
这个问题，被称为宇宙学中的核尖问题是最古老和最具争议的暗物质之一。理论上，物质应该落入重力约束的结构，并经历所谓的剧烈松弛，大量的相互作用导致最重的物体向中心坠落(变得更加紧密)，而质量较低的物体则被流放到郊区(变得更加松散)，甚至可以被完全逐出。
古老的球状星系团梅西尔15，一个非常古老的球状星系团的典型例子。平均来说，里面的恒星是相当红色的，而那些由旧的、更红的星体合并而成的蓝色恒星。这个星系团是高度放松的，这意味着较重的质量已经下沉到中间，而较轻的质量则被踢成更分散的形状，或者被完全抛出。这种剧烈放松的效应是一个真实而重要的物理过程，但它可能并不代表暗物质晕中的实际物理。(欧空局/哈勃和美国航天局)
由于模拟中出现了类似于剧烈松弛的现象，而且所有不同的模拟都具有这些特性，所以我们假设它们是真实物理的代表。然而，也有可能它们不代表真实的物理，而是表示模拟本身固有的数值伪像。
你可以用一系列正弦波曲线来近似方波(你的曲线的值周期性地在+1和-1之间切换，没有中间值)：一种称为傅立叶级数的近似。当你用不断增加的频率(和越来越小的振幅)逐步增加更多的术语时，近似变得越来越好。你可能会想，如果你把一个无限大的项加在一起，你就会得到一个任意好的近似，而且误差会小得令人眼花缭乱。
你完全可以用一个无限系列的振荡波来近似任何一条曲线(类似于不同大小的圆圈的一维运动)，随着频率的增加，可以得到越来越好的近似。然而，无论你用多少个圆圈来近似方波，总有一个大约18%的期望值的“超调”：一种数值伪像，它由于计算技术本身的本质而持续存在。(ROCKDOCTOR/IMGER)
只是，这完全不是真的。你注意到了吗，即使你在傅里叶级数中加入了越来越多的术语，当你从+1到-1或者从-1到+1的时候，你仍然会看到一个非常大的超调吗？不管你加了多少个条款，这种超调总是存在的。不仅如此，当你添加越来越多的术语时，它也不会渐变到0，而是一个永远不会变小的实质性值(约18%)。这是你使用的技术的数值效应，而不是实际方波的实际效果。
值得注意的是，A.N.Baushev和S.V.Pilipenko的一篇新论文刚刚发表在“天文学与天体物理学”上，断言在暗物质晕中看到的中心尖端本身就是我们的模拟如何处理在小空间中相互作用的许多粒子系统的数值产物。特别是，形成光环的“核心”是因为近似引力的算法的具体特点，而不是因为剧烈放松的实际效果。
今天的暗物质模型(顶部曲线)不能与旋转曲线相匹配，就像黑色曲线一样，没有暗物质模型。然而，像预期的那样，允许暗物质随时间进化的模型非常匹配。正如最近的工作所暗示的，模拟与观测之间的不匹配可能是由于所使用的模拟方法固有的误差所致。(P.lang et AL.，arxiv：1703.05491，提交APJ)
换句话说，我们从模拟中得到的暗物质密度可能与管理宇宙的物理没有任何关系；相反，它可能只是我们用来模拟光晕本身的方法的一个数值伪像。如提交人自己说,
“这一结果令人怀疑晕心模拟可靠性的普遍标准。虽然我们使用了一个理论上证明是平稳和稳定的晕模型，但出现了一种数值‘剧烈松弛’。它的性质表明，这种效应很可能是大尺度结构宇宙建模中中心尖形成的原因，然后‘核尖问题’只不过是N体模拟的一个技术问题。”Baushev和Pilipenko
毫不奇怪，宇宙学中暗物质唯一的问题发生在宇宙的小尺度上：深入到非线性演化的状态。几十年来，反对暗物质的逆反派已经锁定了这些小规模的问题，相信它们会揭示暗物质固有的缺陷，并揭示更深层次的真相。
根据模型和模拟，所有的星系都应该嵌入在暗物质晕中，其密度在星系中心处达到峰值。在足够长的时间尺度上，可能有10亿年的时间，一个来自光环外围的暗物质粒子将完成一个轨道。气体、反馈、恒星形成、超新星和辐射的影响都使这一环境复杂化，使得提取普遍的暗物质预测极为困难，但最大的问题可能是，模拟预测的尖点中心只不过是数值伪影。(美国航天局、欧空局和T.Brown和J.Tumlinson(STSCI))
然而，如果这篇新论文是正确的，那么唯一的缺陷就是宇宙学家已经取得了最早的模拟结果之一--暗物质在中心形成了光环，并且过早地相信了他们的结论。在科学上，检查你的工作并独立检查其结果是很重要的。但如果每个人都犯了同样的错误，这些检查根本就不是独立的。
解开这些模拟结果是否是由于暗物质的实际物理或我们所选择的数值技术，将结束关于暗物质的最大争论。如果这是由于实际的物理毕竟，核心尖问题将仍然是一个张力点的暗物质模型。但如果这是由于我们用来模拟这些光晕的技术，宇宙学最大的争议之一可能会在一夜之间消失。