暗物質（dark matter）

用一個螺旋星系恆星的光去秤它的重，再看它外圍的恆星繞轉多快，數字對不上：外緣的恆星轉得太快了，光靠可見物質根本抓不住它們；它們早該被甩了出去。有某種看不見的東西正緊緊拽著它們。那東西，比恆星、氣體與行星等所有普通物質加起來還多五倍，就是暗物質。它回答了是什麼把星系與星系團束在一起、宇宙又為何長出它所擁有的那些結構。

暗物質是會產生重力、卻既不發光也不吸光的物質，迄今只能透過它的重力被偵測到。證據彼此重疊而堅實：平坦的星系旋轉曲線（繞轉速度在大半徑處維持不墜，而非如克卜勒的 1/sqrt(r) 所要求那樣下降）、把光偏折得比我們所見質量更多的重力透鏡、宇宙微波背景的漣漪圖樣，以及星系在宇宙時間中成團的方式。它約佔宇宙總能量含量的 27%，而普通（重子）物質僅約 5%。一般認為它是冷的，意即在結構形成時運動緩慢，而且是非重子的，不由質子與中子構成，因為大霹靂核合成與宇宙微波背景都限制了普通物質能有多少。

這個領域誠實的現況是：我們從重力知道暗物質就在那裡，卻不知道它究竟是什麼。領先的候選是新粒子，例如弱作用重粒子或軸子，但數十年的直接偵測實驗至今毫無確鑿發現。少數觀點主張根本沒有新物質，而是重力本身必須在星系尺度上被修改；星系團碰撞（其中透鏡質量與可見氣體乾淨地分離）是反對那個替代方案最有力的證據。