В предыдущих разделах мы кратко рассмотрели наиболее важные этапы развития Вселенной. Каждый этап, будь то нуклеосинтез или рекомбинация, имеет конечную продолжительность. Во Вселенной, однако, существует процесс, начавшийся, по-видимому, на самом раннем этапе ее развития и продолжающийся до сих пор. Речь идет об образовании структур — галактик, скоплений, сверхскоплений. При этом первичными (по времени появления) образованиями считаются галактики.

Теория, описывающая образование этих структур, основана на так называемой джинсовской нестабильности — гравитационной неустойчивости возмущений плотности материи. При этом нужно, разумеется, предполагать, что на самых ранних стадиях эволюции неоднородности плотности уже существовали, хотя и были малыми по величине. Отметим, что теория горячего Большого взрыва не только не дает форму спектра этих первичных возмущений, но и вообще не может объяснить их появление. Для объяснения их возникновения требуется привлекать дополнительные механизмы, наиболее изящный из которых имеется в инфляционной теории. Замечательно, что инфляционный механизм согласуется со всей совокупностью космологических наблюдательных данных.

Для теории возникновения галактик источник первичных возмущений в общем-то не важен. Быстрый рост возмущений плотности начался на том этапе эволюции Вселенной, когда она уже настолько остыла, что плотность энергии в ней в основном стала определяться нерелятивистским веществом. Это произошло через 80 тыс. лет после Большого взрыва. В это время возмущения плотности имели небольшую амплитуду, $\delta\rho /\rho\sim 10^{-5}$. Островки повышенной плотности стали источниками дополнительного гравитационного поля. Они притягивали к себе окружающее вещество, в результате чего плотность в них еще более увеличивалась. В этом и состоит физическая причина гравитационной неустойчивости (Для релятивистских частиц (например, нейтрино), описываемый механизм не работает, поскольку слабое гравитационное поле не способно удержать такие частицы внутри островка. ). При достижении достаточно большой плотности островки стали гравитационно связанными и стали «жить своей жизнью», в частности, их размеры не увеличивались, несмотря на продолжающееся расширение Вселенной. Более того, гравитационная динамика внутри этих локальных образований привела к тому, что они, наоборот, сжимались: частицы, стремясь друг к другу, стекались к общему гравитационному центру. В результате основной объем такого островка становился практически пустым, свободным от частиц, зато в центре образовывался новый объект — протогалактика с большим относительным контрастом плотности,$\delta\rho /\rho >1$. Формирование протогалактик происходило при красных смещениях порядка нескольких десятков.

Размер структуры — галактики, скопления и т. п. — связан с пространственным размером первичного островка повышенной плотности, а значит, со спектром возмущений. Именно от него зависят плотности числа галактик и скоплений и их распределение по массе. Измерение этих характеристик позволяет определить спектр первичных возмущений. Имеющиеся на сегодняшний день наблюдательные данные с неплохой точностью соответствуют простейшему «плоскому» спектру первичных флуктуации, получившему название спектра Гаррисона—Зельдовича. Отличительной особенностью этого спектра является отсутствие выделенного масштаба длины.

Неоднородности, имевшиеся в космической среде в эпоху рекомбинации, приводят к анизотропии реликтового излучения. Поэтому спектр анизотропии реликтового излучения является ценным источником информации о спектре первичных флуктуации материи. В частности, из спектра анизотропии реликтового излучения определяются амплитуда первичных флуктуации плотности $\delta\rho /\rho$ и наклон спектра.

Образование структур дает еще один аргумент в пользу существования темной материи: без последней флуктуации плотности начали бы расти слишком поздно и к настоящему моменту времени просто не успели бы достаточно развиться. Кроме того, из теории образования структур следует, что основная часть темной материи должна быть холодной, т. е. состоять из частиц, которые перестали взаимодействовать с плазмой уже будучи нерелятивистскими. Если бы основная часть темной материи была, наоборот, горячей, т. е. состояла бы из частиц, которые перестали взаимодействовать с плазмой еще будучи релятивистскими (В действительности последнее свойство имеет как горячая, так и «теплая» темная материя. Для горячей темной материи характерно еще и то, что ее составляют частицы, остававшиеся релятивистскими в начале этапа доминирования нерелятивистской материи. Примером горячей темной материи являются нейтрино с массами $m_\nu\sim 1-10^{-3}$ эВ. Отметим, что вариант теплой (а не холодной) темной материи пока нельзя исключить на основе наблюдательных данных.), то образование структур протекало бы несколько по-другому: как один из результатов, первичными структурами были бы скопления галактик. Из наблюдения структур с размерами порядка десятка Мегапарсек и меньше следует, что горячая темная материя не дает большого вклада в полную плотность энергии Вселенной: во Вселенной, чья плотность энергии в основном определялась бы горячей темной материей, структур относительно небольших размеров было бы значительно меньше.