银河系出生过程中事件发生的确切顺序至今仍有争议,但天文学家们都同意,故事是从暗物质开始。
暗物质遍布各处,人们看不见它们,至今也不知道它们究竟是什么,但它的质量要超过普通物质——恒星、气体及其他由原子构成的物质——大约5倍,人们只能通过它们施加于可见恒星和星系的万有引力来推断暗物质的存在。天文学家从上个世纪70年代就知道了银河系,就像其他星系一样,是个包裹着暗物质的巨大的茧;若没有其中心的暗物质,普通物质产生的万有引力不足以将星系凝聚在一起。
大约137亿年前的大爆炸后,万有引力在暗物质中造成了微小的不规则,这种不规则逐渐积累,在各个尺度形成了越来越稠密的团块。模拟显示,这种凝聚过程不断持续,变成了混乱的碰撞与合并。但在大爆炸后的10亿年内,情况还略为安定,某些暗物质团块看起来更像是围绕着银河系:一个大致的球形晕,跨越几百千秒差距(kiloparsecs,1千秒差距约3260光年)之遥,质量是太阳的1012倍,还有许多较小的次级晕,最小的质量只有地球那么大。
在这些暗物质晕内部,是稀薄的原始氢气和氦气的烟雾,被暗物质的万有引力拉扯着。又过了几亿年后,这些气体冷却下来,开始凝聚成恒星,成为创造银河系的原材料。但要模拟这一过程非常困难。加利福尼亚大学圣克鲁兹分校天文学家佩罗·马多说,暗物质只能解答万有引力的问题,而我们了解万有引力。要把普通物质组装成现在的星系结构的样子,还涉及到碰撞、耗散、冷却、加热和爆炸诸多过程。“这是非常复杂的。”