Materia întunecată este o formă misterioasă de materie care exercită efecte gravitaționale asupra materiei obișnuite, dar nu poate fi observată prin alte mijloace. În timp ce norii de materie convenționali pot fi detectați prin activitatea lor stelară, împrăștierea luminii, emisiile radio și alte mijloace, norii de materie întunecată sunt invizibili pentru marea majoritate a instrumentelor noastre. Cu toate acestea, ele constituie 90% – 99% din materia din univers.
În anii ’30, astronomii Fritz Zwicky și Sinclair Smith au efectuat o analiză a vitezei galaxiilor din marile clustere galactice Virgo și Coma. Ei au descoperit că toate galaxiile se mișcau între zece și o sută de ori mai repede decât ar trebui, având în vedere estimările bazate pe densitatea stelară observată. Ceva nevăzut genera o gravitate suplimentară.
Deși observațiile inițiale ale lui Zwicky și Smith păreau să ofere dovezi puternice pentru materia întunecată, nu toți cosmologii au fost convinși. Deoarece aceste clustere galactice erau atât de îndepărtate, a fost greu de măsurat cu precizie vitezele independente ale fiecărei galaxii pe o scară de timp de doar decenii. Dovezi mai puternice au venit în anii 70, când oameni de știință precum Rubin, Freeman și Peebles au început să analizeze curbele de rotație ale galaxiilor. Stelele din galaxiile spirale, cum ar fi a noastră, se mișcau mai repede în jurul nucleului galactic decât ar indica masa lor observabilă.
În cele din urmă s-a descoperit că toate galaxiile conțin halouri de materie întunecată care se întind cu mult dincolo de limitele galaxiei indicate printr-un telescop. Se spune că aceste halouri sunt formate din MACHO-uri (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) și WIMP-uri (Weakly Interacting Massive Particles). Se presupune că MACHO-urile sunt în mare parte găuri negre și pitice maro (stele arse). Sunt alcătuiți din materie convențională sau barionică – atomii cu care suntem familiarizați, doar foarte comprimați. Se spune că WIMP-urile sunt forme non-barionice de materie, particule care interacționează slab și care se mișcă la viteze relativiste. Cel mai probabil candidat pentru WIMP sunt neutrinii și verii săi.