ต้องการภาพใหญ่ คลิกที่นี่, หากมองไม่เห็นดาวโหลด Flash Player
คำอธิบาย: นักดาราศาสตร์คำนวณมวลของกาแล็กซีโดยใช้พิจารณาการหมุนรอบตัวเองของกาแล็กซี โดยใช้กฎของเคปเลอร์-นิวตัน
M = V2R / G
โดยที่ M = มวลของกาแล็กซีเป็นจำนวนเท่าของดวงอาทิตย์
V = ความเร็วในการหมุน (Velocity) หน่วยเป็นกิโลเมตร/วินาที (km/s)
R = รัศมีของกาแล็กซี หน่วยเป็นกิโลพาร์เซก (kpc), 1 กิโลพาร์เซก = 1,000 พาร์เซก
G = ค่าคงที่ของความโน้มถ่วงสากล
นักดาราศาสตร์ทำการตรวจวัดมวลของกาแล็กซีด้านนอกของวงโคจรดวงอาทิตย์เพิ่มเติม โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุพบว่า มวลทั้งหมดของกาแล็กซีทางช้างเผือกควรจะเป็น 7.75 x 1011 เท่าของดวงอาทิตย์ ในจำนวนนี้เป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ แก๊ส และฝุ่น ที่สังเกตได้โดยตรงด้วยแสงเพียง 10% ฉะนั้นมวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีอีก 90% เป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจจะเป็น หลุมดำขนาดเล็ก ดาวที่เย็นมาก หรืออนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก นักดาราศาสตร์จึงเรียกวัตถุเหล่านี้โดยรวมว่า “สสารมืด” (Dark Matter)
นักดาราศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า หากอวกาศว่างเปล่า ทำไมสสารทั้งหลายของกาแล็กซีไม่ยุบรวมกัน หรือกระจายตัวไปในอวกาศ เมื่อพิจารณาการหมุนรอบตัวเองของกาแล็กซีด้วยกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 (p2/a3 = k) หากมวลส่วนใหญ่อยู่ที่ศูนย์กลางแล้ว ความเร็วที่ปลายแขนของกาแล็กซีควรจะมีความเร็วในวงโคจรช้ากว่าบริเวณใกล้กับศูนย์กลาง ในทำนองเดียวกับการที่ดาวเคราะห์ชั้นนอกมีความเร็วในวงโคจรช้ากว่าดาวเคราะห์ชั้นใน ค่าความสัมพันธ์ในกราฟนี้ แสดงให้เห็นว่า ความเร็วในวงโคจรภายในแขนกังหันไม่ว่าจะอยู่ใกล้หรือห่างจากศูนย์กลาง ไม่แตกต่างกันมากนัก แสดงให้เห็นว่ามีสสารมืดที่มองไม่เห็นโอบอุ้มแขนกังหันไว้