Eine fossile Gruppe ist ein galaktisches System, in dem einige oder alle der Komponentengalaxien zu einer einzigen elliptischen Galaxie verschmolzen sind. Dieser Körper hat eine mit der Summe seiner Bestandteile vergleichbare Masse und Röntgenleuchtkraft und ist von einer heißen Gaswolke umgeben, die sich über mehrere galaktische Radien erstreckt. Alle nicht absorbierten Mitglieder des Systems sind typischerweise entfernt und von weitaus geringerer Größe als das dominante Mitglied. Es wurde vermutet, dass sich diese Systeme in sehr ferner Vergangenheit gebildet haben und die letzte Evolutionsstufe einer galaktischen Gruppe darstellen, daher der Begriff „Fossil“.
Die meisten Galaxien, einschließlich der Milchstraße, sind Teil einer lokalen Gruppe. In den kompaktesten Gruppen sind die Galaxien nahe genug, um zu projizieren, dass die Schwerkraft ihre letztendliche Verschmelzung zu einem einzigen Körper bewirken wird, der in einem Halo aus dunkler Materie zentriert ist. Dies ist Materie, die keine Strahlung aussendet oder reflektiert, aber durch ihre Gravitationswirkung nachgewiesen werden kann. Das Vorhandensein dunkler Materie wird aus den riesigen Gaswolken abgeleitet, die hohe Mengen an Röntgenstrahlung aussenden, die diese Systeme typischerweise umgeben. Es wird angenommen, dass ein solcher Prozess im Laufe von einigen Milliarden Jahren eine fossile Gruppe bildet.
Es wurden Beobachtungen von galaktischen Gruppen gemacht, die dabei zu sein scheinen, eine fossile Gruppe zu bilden. Diese bestärkten die Idee, dass es das gemeinsame Ergebnis für Systeme einer bestimmten Dichte und die einzige Methode zur Bildung fossiler Gruppen ist. Weitere Forschungen haben jedoch Hinweise auf Fossilienbildung in weniger dicht besiedelten Sektoren gezeigt. Darüber hinaus wurden massive Fossiliengruppen untersucht, die nicht aus gängigen Modellen der dynamischen Reibung innerhalb des bekannten Lebens des Universums entstanden sein können.
Die massereichste bekannte Fossilgruppe wurde mit den Röntgen-Weltraumobservatorien XMM-Newton und Chandra sowie mit bodengestützten Infrarotteleskopen untersucht. Seine elliptische Galaxie ist 500 Milliarden Mal leuchtender als die Sonne, hat eine Masse von über 300 Billionen Sonnenmassen und sitzt in einem Halo aus überhitztem Gas mit einem Durchmesser von drei Millionen Lichtjahren. Nach der gängigen Auffassung der fossilen Gruppenbildung hätte eine Struktur dieser Größe in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht möglich sein dürfen.
Eine alternative Formationstheorie wurde vorgeschlagen, bei der die Auswirkungen der dynamischen Reibung, die auf Körper wirkt, die sich auf Kreisbahnen um den Massenmittelpunkt bewegen, durch ein asymmetrisches Modell ersetzt werden. Wenn Masse entlang von Filamenten oder fadenförmigen galaktischen Strukturen zum Zentrum gezogen wird, können bekannte Kräfte eine viel schnellere Bildung erklären. Ähnlichkeiten zwischen den elliptischen Galaxien fossiler Gruppen und hellen Galaxien in großen Haufen weisen auf einen anderen Entstehungsprozess hin. Der Endprozess der Bildung fossiler Gruppen könnte die Anfangsphase der Bildung der Clustergruppen sein.