La materia oscura es una forma invisible e hipotética de materia que no interactúa ni con la luz ni con otra radiación electromagnética. Se deduce por efectos gravitacionales que no pueden explicarse por la relatividad general, a menos que haya más materia presente de la que puede observarse. Tales efectos ocurren en el contexto de la formación y evolución de galaxias, lentes gravitacionales, la estructura actual del universo observable, la posición de la masa en colisiones galácticas, el movimiento de las galaxias dentro de los cúmulos galácticos y las anisotropías del fondo cósmico de microondas. Se piensa que la materia oscura sirve como andamiaje gravitacional para las estructuras cósmicas. Se piensa que, después del Big Bang, la materia oscura se comenzó a agrupar en masas a lo largo de filamentos estrechos con supercúmulos de galaxias, formando una red cósmica a escalas en las que galaxias enteras aparecen como diminutas partículas.
El contenido del universo consiste en 5% de materia ordinaria, 24% de materia oscura y 71% de una forma de energía conocida como energía oscura. Así, la energía oscura y la materia oscura constituyen el 95% del contenido total de masa-energía existente. Aunque la densidad de la materia oscura es significativa en el halo alrededor de una galaxia, su densidad local en el Sistema Solar es mucho menor que la de la materia normal. El total de toda la materia oscura hasta la órbita de Neptuno sumaría aproximadamente 100 billones de toneladas, equivalente a un asteroide grande. La materia oscura se clasifica como "fría", "templada" o "caliente" según su velocidad (y más precisamente, según su longitud de libre desplazamiento). Los modelos recientes han favorecido un escenario de materia oscura fría, en el cual las estructuras emergen mediante la acumulación gradual de partículas.
No se sabe que la materia oscura interactúe con la materia bariónica ordinaria y la radiación, excepto a través de la gravedad, lo que hace que sea difícil de detectar en el laboratorio. La explicación más aceptada es que la materia oscura es algún tipo de partícula subatómica aún no descubierta, como partículas masivas de interacción débil (wimps) o como axiones. Otra posibilidad popular es que la materia oscura esté compuesta de agujeros negros primordiales.
Aunque la comunidad de astrofísica generalmente acepta la existencia de la materia oscura, una minoría de astrofísicos, intrigados por observaciones específicas que no se explican bien con la materia oscura ordinaria, abogan por varias modificaciones de las leyes estándar de la relatividad general. Estas incluyen la dinámica newtoniana modificada, la gravedad tensor-vector-escalar y la gravedad entrópica. Hasta ahora, ninguna de las teorías de gravedad modificada propuestas puede describir todas las evidencias observacionales al mismo tiempo, lo que sugiere que, incluso si la gravedad debe ser modificada, todavía se requeriría algún tipo de materia oscura.
(Artículo en desarrollo)