Всё, что мы видим — звёзды, планеты, межзвёздный газ — составляет лишь около 5% от общей массы-энергии Вселенной. Ещё примерно 25% приходится на тёмную материю — загадочную субстанцию, которая не излучает и не поглощает свет, но проявляет себя через гравитацию. Без неё галактики просто разлетелись бы, не удержавшись скоростями вращения. Первые указания на существование тёмной материи появились в 1930-х годах, когда астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики в скоплении Кома движутся быстрее, чем предсказывает видимая масса. Позже наблюдения за вращением галактик подтвердили: на периферии звёзды обращаются с той же скоростью, что и в центре, что объясняется наличием массивного невидимого гало.
Из чего состоит тёмная материя — пока неизвестно. Основные кандидаты: WIMP-ы (слабовзаимодействующие массивные частицы) или аксионы. Десятки экспериментов по всему миру, включая подземные детекторы и Большой адронный коллайдер, пытаются уловить частицы тёмной материи, но пока без однозначного успеха. Помимо удержания галактик, тёмная материя сыграла ключевую роль в формировании крупномасштабной структуры Вселенной, став своеобразным гравитационным каркасом, вдоль которого собиралось обычное вещество. Без неё не было бы ни галактик, ни звёзд, ни планет. Изучение гравитационного линзирования и реликтового излучения позволяет картировать распределение тёмной материи и лучше понимать её свойства, что является одной из важнейших задач современной космологии.