La matière noire est une forme mystérieuse de matière qui exerce des effets gravitationnels sur la matière ordinaire mais ne peut être observée par aucun autre moyen. Alors que les nuages de matière conventionnels peuvent être détectés par leur activité stellaire, la diffusion de la lumière, les émissions radio et d’autres moyens, les nuages de matière noire sont invisibles pour la grande majorité de nos instruments. Pourtant, ils constituent 90 à 99 % de la matière de l’univers.
Dans les années 30, les astronomes Fritz Zwicky et Sinclair Smith ont effectué une analyse de la vitesse des galaxies au sein des grands amas galactiques Virgo et Coma. Ils ont découvert que toutes les galaxies se déplaçaient entre dix et cent fois plus vite qu’elles ne devraient l’être, compte tenu des estimations basées sur la densité stellaire observée. Quelque chose d’invisible générait une gravité supplémentaire.
Bien que les observations initiales de Zwicky et Smith semblaient fournir des preuves solides de la matière noire, tous les cosmologistes n’étaient pas convaincus. Parce que ces amas galactiques étaient si éloignés, il était difficile de mesurer avec précision les vitesses indépendantes de chaque galaxie sur une échelle de temps de quelques décennies. Des preuves plus solides sont arrivées dans les années 70 lorsque des scientifiques tels que Rubin, Freeman et Peebles ont commencé à analyser les courbes de rotation des galaxies. Les étoiles des galaxies spirales, comme la nôtre, se déplaçaient plus rapidement autour du noyau galactique que leur masse observable ne l’indiquerait.
Il a finalement été découvert que toutes les galaxies contiennent des halos de matière noire qui s’étendent bien au-delà des limites de la galaxie indiquées par un télescope. Ces halos seraient constitués de MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) et de WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Les MACHO sont théorisés comme étant principalement des trous noirs et des naines brunes (étoiles brûlées). Ils sont constitués de matière conventionnelle ou baryonique – les atomes que nous connaissons bien, seulement fortement comprimés. On dit que les WIMPs sont des formes de matière non baryoniques, des particules à interaction faible qui se déplacent à des vitesses relativistes. Le candidat le plus probable pour les WIMPs est le neutrino et ses cousins.