一個由正常物質單獨控制的星系(L)在近郊的旋轉速度要比向中心低得多，類似於太陽系中行星的運動。然而，觀測結果表明，旋轉速度在很大程度上獨立於星系中心的半徑(R)，從而推斷出大量不可見或暗的物質必須存在。
宇宙學的最終目標包含了任何科學領域的最大野心：理解整個宇宙的誕生、成長和進化。這包括每個粒子、反粒子和能量量子，它們是如何相互作用的，時空結構是如何與它們一起進化的。原則上，如果你能在早期寫下描述宇宙的初始條件--包括它是由什麼組成的，這些內容是如何分佈的，物理定律是什麼--你可以在將來的任何時候模擬它的樣子。
然而，在實踐中，這是一項極其困難的任務。有些計算很容易進行，把我們的理論預測和可觀測現象聯繫起來是很清楚和容易的。在其他情況下，這種聯繫要難得多。這些連接提供了對暗物質的最佳觀測測試，現在暗物質佔可見宇宙的27%。但一個特別的考驗是暗物質一次又一次失敗的考驗。最後，科學家們可能已經知道為什麼，整件事可能只是一個數字上的錯誤。
在對數尺度上，附近的宇宙有太陽系和銀河系。但更遠的是宇宙中的所有其他星系，大尺度的宇宙網，以及大爆炸之後的瞬間。雖然我們無法觀察到比這個目前距離461億光年遠的宇宙視界更遠的地方，但在未來將有更多的宇宙向我們顯現。今天，觀測到的宇宙包含2萬億個星系，但隨著時間的推移，更多的宇宙將變得對我們來說是可以觀察到的，也許揭示了一些我們今天所不清楚的宇宙真理。
當你像今天這樣思考宇宙時，當你在不同的尺度上審視它時，你就能立即意識到它有多大的不同。在單個恆星或行星的規模上，宇宙是非常空的，只有偶爾碰到的固體物體。例如，地球的密度大約是宇宙平均密度的10^30倍。但是當我們進入更大的尺度時，宇宙開始變得更加平滑。
像銀河系這樣的單個星系，可能只比宇宙平均密度高出幾千倍，而如果我們在大星系群或星系團的尺度上考察宇宙(跨越大約1，000萬到3，000萬光年)，最稠密的區域僅僅是典型區域的幾倍。在最大的尺度上--十億光年以上，宇宙網的最大特徵出現--宇宙的密度在任何地方都是一樣的，精確度約為0.01%。
在現代宇宙學中，一個由暗物質和正常物質組成的大規模網絡滲透到宇宙中.在單個星系和較小星系的尺度上，物質形成的結構是高度非線性的，密度與平均密度相差很大。然而，在非常大的尺度上，任何空間區域的密度都非常接近平均密度：大約99.99%的精度。
如果我們按照最好的理論期望來模擬我們的宇宙，正如所有觀測所支持的那樣，我們期望宇宙開始充滿物質、反物質、輻射、中微子、暗物質和一點點暗能量。它應該已經開始的幾乎完全均勻，密度過大和低密度的地區在1/30，000的水平。
在最初階段，許多相互作用同時發生：
- 引力作用使超稠密區域生長，
- 粒子-粒子和光子-粒子相互作用的作用是分散正常物質(而不是暗物質)(並向其傳遞動量)，
- 沒有輻射的溪流從規模足夠小的超稠密地區流出，沖刷出過早形成的結構(規模太小)。
由COBE(在大尺度上)、WMAP(在中等尺度上)和Planck(在小尺度上)測量的宇宙微波背景中的漲落，不僅與量子漲落的尺度不變集合一致，而且其幅度太低，不可能產生於任意熱的稠密狀態。水平線代表最初的波動譜(來自膨脹)，而搖擺不定的水平線則代表了引力和輻射/物質的相互作用如何在早期階段塑造了不斷膨脹的宇宙。中巴持有一些最有力的證據支持暗物質和宇宙膨脹。
因此，當宇宙誕生38萬年時，已經有了一種複雜的密度和溫度波動模式，其中最大的波動發生在一個非常特定的尺度上：正常物質最大程度地塌陷，而輻射幾乎沒有機會自由流動。在較小的角度尺度上，波動呈現週期性的峰值和低谷，振幅下降，就像你理論上預測的那樣。
由於密度和溫度的波動--即實際密度與平均密度的偏差--仍然很小(遠小於平均密度本身)，所以這是一個很容易預測的預測：你可以進行分析。在觀測上，這種漲落的模式應該在宇宙的大尺度結構(顯示星系間的關聯和反關聯)和在宇宙微波背景下的溫度缺陷中顯示出來。
宇宙微波背景(CMB)中出現的密度漲落取決於宇宙誕生的條件以及我們宇宙的物質和能量含量。這些早期的波動為現代宇宙結構的形成提供了種子，包括恆星、星系、星系團、細絲和大規模宇宙空洞。大爆炸最初的光與我們今天看到的星系和星系團的大尺度結構之間的聯繫，是吉姆·皮布爾斯提出的宇宙理論圖景的最好證據。(Chris Blake和SAM Moorfield)
在物理宇宙學中，從理論的角度來說，這些是最容易做出的預測。你可以很容易地計算出一個完全均勻的宇宙，在任何地方都有相同的精確密度(即使它混合在正常物質、暗物質、中微子、輻射、暗能量等之間)將如何進化：這就是你如何計算你的背景時空將如何進化，取決於它裡面的是什麼。
你也可以在這個背景上加上不完美的地方。你可以提取非常精確的近似，方法是用平均密度來模擬任意一點的密度，再加上上面疊加的微小缺陷(正的或負的)。與平均(背景)密度相比，只要缺陷保持較小，這些缺陷如何演化的計算仍然很容易。當這個近似有效時，我們說我們處於線性狀態，這些計算可以由人來完成，而不需要進行數值模擬。
12萬個星系的三維重建和它們的聚集特性，從它們的紅移和大尺度結構的形成來推斷。來自這些調查的數據允許我們進行深星系計數，我們發現這些數據與擴展場景和幾乎完全一致的初始宇宙是一致的。然而，如果我們在較小的尺度上觀察宇宙，我們會發現與平均密度的偏離是巨大的，我們必須深入到非線性的狀態來計算(並模擬)形成的有效結構。(傑里米·丁克爾與SDSS-III合作)
這種近似在早期是有效的，在較大的宇宙尺度上，密度的波動相對於平均的宇宙密度來說仍然很小。這意味著，在最大的宇宙尺度上測量宇宙應該是對暗物質和我們的宇宙模型的一個非常強大、有力的測試。毫不奇怪，對暗物質的預測，特別是在星系團和更大的星系團的尺度上，是非常成功的。
然而，在較小的宇宙尺度上--特別是在單個星系的尺度和較小的尺度上--這種近似不再有任何好處。一旦宇宙中的密度波動與背景密度相比變得很大，你就不能再手工計算了。相反，當你從線性向非線性過渡時，你需要數值模擬來幫助你。
在20世紀90年代，第一批模擬開始深入到非線性結構形成的領域。在宇宙尺度上，它們使我們能夠理解結構的形成將如何在相對較小的尺度上進行，這些尺度將受到暗物質溫度的影響：它是相對於光速快速運動還是緩慢運動。根據這些信息(以及對小尺度結構的觀測，如類星體攔截的氫氣雲的吸收特徵)，我們能夠確定暗物質必須是冷的，而不是熱的(而不是熱的)，才能再現我們所看到的結構。
20世紀90年代還首次模擬了在重力影響下形成的暗物質暈。各種模擬具有廣泛的性質，但它們都顯示出一些共同的特點，包括：
- 在中心達到最大值的密度，
- 它以一定的速度下降(如ρ~r^-1到r^-1.5)，直到達到一定的臨界距離，這取決於總暈質量，
- 然後，“翻轉”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。
四種不同的暗物質密度剖面來自模擬，以及一個(模擬的)等溫剖面(紅色)，更好地匹配觀測，但模擬無法再現。 (R.LEHOUCQ，M.Cass，J.-M.Casandjan，和I.Granier，A&A，11961(2013年))
這些模擬預測了所謂的“尖點暈”，因為在所有大小的星系中，包括最小的星系，最裡面的區域的密度仍在不斷上升，甚至超過更替點。然而，我們觀察到的低質量星系並沒有表現出與這些模擬相一致的旋轉運動(或速度色散)；它們更適合於“核心樣暈”，也就是在最內部區域具有恆定密度的光暈。
這個問題，被稱為宇宙學中的核尖問題是最古老和最具爭議的暗物質之一。理論上，物質應該落入重力約束的結構，並經歷所謂的劇烈鬆弛，大量的相互作用導致最重的物體向中心墜落(變得更加緊密)，而質量較低的物體則被流放到郊區(變得更加鬆散)，甚至可以被完全逐出。
古老的球狀星系團梅西爾15，一個非常古老的球狀星系團的典型例子。平均來說，裡面的恆星是相當紅色的，而那些由舊的、更紅的星體合併而成的藍色恆星。這個星系團是高度放鬆的，這意味著較重的質量已經下沉到中間，而較輕的質量則被踢成更分散的形狀，或者被完全拋出。這種劇烈放鬆的效應是一個真實而重要的物理過程，但它可能並不代表暗物質暈中的實際物理。(歐空局/哈勃和美國航天局)
由於模擬中出現了類似於劇烈鬆弛的現象，而且所有不同的模擬都具有這些特性，所以我們假設它們是真實物理的代表。然而，也有可能它們不代表真實的物理，而是表示模擬本身固有的數值偽像。
你可以用一系列正弦波曲線來近似方波(你的曲線的值週期性地在+1和-1之間切換，沒有中間值)：一種稱為傅立葉級數的近似。當你用不斷增加的頻率(和越來越小的振幅)逐步增加更多的術語時，近似變得越來越好。你可能會想，如果你把一個無限大的項加在一起，你就會得到一個任意好的近似，而且誤差會小得令人眼花繚亂。
你完全可以用一個無限系列的振盪波來近似任何一條曲線(類似於不同大小的圓圈的一維運動)，隨著頻率的增加，可以得到越來越好的近似。然而，無論你用多少個圓圈來近似方波，總有一個大約18%的期望值的“超調”：一種數值偽像，它由於計算技術本身的本質而持續存在。(ROCKDOCTOR/IMGER)
只是，這完全不是真的。你注意到了嗎，即使你在傅里葉級數中加入了越來越多的術語，當你從+1到-1或者從-1到+1的時候，你仍然會看到一個非常大的超調嗎？不管你加了多少個條款，這種超調總是存在的。不僅如此，當你添加越來越多的術語時，它也不會漸變到0，而是一個永遠不會變小的實質性值(約18%)。這是你使用的技術的數值效應，而不是實際方波的實際效果。
值得注意的是，A.N.Baushev和S.V.Pilipenko的一篇新論文剛剛發表在“天文學與天體物理學”上，斷言在暗物質暈中看到的中心尖端本身就是我們的模擬如何處理在小空間中相互作用的許多粒子系統的數值產物。特別是，形成光環的“核心”是因為近似引力的算法的具體特點，而不是因為劇烈放鬆的實際效果。
今天的暗物質模型(頂部曲線)不能與旋轉曲線相匹配，就像黑色曲線一樣，沒有暗物質模型。然而，像預期的那樣，允許暗物質隨時間進化的模型非常匹配。正如最近的工作所暗示的，模擬與觀測之間的不匹配可能是由於所使用的模擬方法固有的誤差所致。 (P.lang et AL.，arxiv：1703.05491，提交APJ)
換句話說，我們從模擬中得到的暗物質密度可能與管理宇宙的物理沒有任何關係；相反，它可能只是我們用來模擬光暈本身的方法的一個數值偽像。如提交人自己說,
“這一結果令人懷疑暈心模擬可靠性的普遍標準。雖然我們使用了一個理論上證明是平穩和穩定的暈模型，但出現了一種數值‘劇烈鬆弛’。它的性質表明，這種效應很可能是大尺度結構宇宙建模中中心尖形成的原因，然後‘核尖問題’只不過是N體模擬的一個技術問題。”Baushev和Pilipenko毫不奇怪，宇宙學中暗物質唯一的問題發生在宇宙的小尺度上：深入到非線性演化的狀態。幾十年來，反對暗物質的逆反派已經鎖定了這些小規模的問題，相信它們會揭示暗物質固有的缺陷，並揭示更深層次的真相。
根據模型和模擬，所有的星系都應該嵌入在暗物質暈中，其密度在星系中心處達到峰值。在足夠長的時間尺度上，可能有10億年的時間，一個來自光環外圍的暗物質粒子將完成一個軌道。氣體、反饋、恆星形成、超新星和輻射的影響都使這一環境複雜化，使得提取普遍的暗物質預測極為困難，但最大的問題可能是，模擬預測的尖點中心只不過是數值偽影。(美國航天局、歐空局和T.Brown和J.Tumlinson(STSCI))
然而，如果這篇新論文是正確的，那麼唯一的缺陷就是宇宙學家已經取得了最早的模擬結果之一--暗物質在中心形成了光環，並且過早地相信了他們的結論。在科學上，檢查你的工作並獨立檢查其結果是很重要的。但如果每個人都犯了同樣的錯誤，這些檢查根本就不是獨立的。
解開這些模擬結果是否是由於暗物質的實際物理或我們所選擇的數值技術，將結束關於暗物質的最大爭論。如果這是由於實際的物理畢竟，核心尖問題將仍然是一個張力點的暗物質模型。但如果這是由於我們用來模擬這些光暈的技術，宇宙學最大的爭議之一可能會在一夜之間消失。
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