Cerca de 85% da matéria do universo está na forma de matéria escura, cuja natureza permanece um mistério, e o resto é do tipo encontrado nos átomos. A matéria escura exibe gravidade, mas de outra forma não interage com a matéria normal, nem emite luz. Astrônomos que estudam a evolução das galáxias descobrem que, por ser tão abundante, a matéria escura, Contudo, dominar a formação no universo de estruturas em grande escala como aglomerados de galáxias.

Apesar de ser difícil de detectar diretamente, a matéria escura pode ser rastreada modelando observações sensíveis das distribuições de galáxias em uma gama de escalas. As galáxias geralmente residem no centro de vastos aglomerados de matéria escura chamados halos, porque eles circundam as galáxias. A lente gravitacional de galáxias mais distantes por halos de matéria escura em primeiro plano oferece uma prova particularmente única e poderosa da distribuição detalhada de matéria escura. "Lentes fracas" resultam em formas modestas, mas sistematicamente deformadas, de galáxias de fundo e podem fornecer restrições robustas na distribuição de matéria escura dentro dos aglomerados; "lentes fortes, " em contraste, cria altamente distorcido, imagens ampliadas e ocasionalmente múltiplas de uma única fonte.

Na década passada, observações e simulações hidrodinâmicas aumentaram significativamente a nossa compreensão de como as galáxias massivas se desenvolvem, com um cenário de duas fases agora favorecido. Na primeira etapa, os núcleos massivos das galáxias de hoje se formam em tempos cosmológicos a partir do colapso gravitacional da matéria em uma galáxia, junto com seu halo de matéria escura circundante. A formação de estrelas então aumenta a massa estelar da galáxia. As galáxias mais massivas, Contudo, têm uma segunda fase em que capturam estrelas das regiões externas de outras galáxias, e, uma vez que sua formação estelar diminua, essa fase domina sua montagem. Modelos de computador e alguns resultados observacionais parecem confirmar este cenário.

O astrônomo do CfA, Joshua Speagle, era membro de uma equipe que usava ultrassensível, imagem de amplo campo de visão no comprimento de onda óptico e infravermelho próximo no telescópio Subaru para estudar a montagem de galáxias massivas. A técnica deles aproveitou os efeitos de lente fraca porque galáxias massivas também tendem a ter mais massa, halos de matéria escura que distorcem a luz. Os astrônomos estudaram cerca de 3.200 galáxias cujas massas estelares são maiores do que a Via Láctea (cerca de quatrocentos bilhões de massas solares). Usando análises de lentes fracas, eles descobriram que a informação sobre a história da montagem de halos massivos de matéria escura está codificada nas distribuições de massa estelar de galáxias centrais massivas. Entre outras implicações, os cientistas mostram que, para galáxias da mesma massa, aqueles com formas mais estendidas tendem a ter halos de matéria escura mais massivos. Os resultados abrem uma nova janela para explorar como galáxias massivas se formam e evoluem ao longo do tempo cósmico.