Per molto tempo si è creduto che ogni oggetto presente nel nostro Universo fosse visibile e che quindi inviasse in tutte le direzioni luce propria (o riflessa a seconda della sua natura), che, raggiunta la Terra, conseguentemente potesse essere rilevata e studiata, cercando di ottenere da essa tutte le informazioni possibili sull'oggetto che la emette, oppure su proprietà generali del Cosmo.

Questo è ancora vero, infatti il compito principale dell'astronomo non è solo quello di raccogliere luce, attraverso telescopi sia da terra che dallo spazio, ma è anche, e soprattutto, quello di ottenere da quanto è visibile informazioni su tutto quello che ancora non vediamo e non conosciamo del nostro Universo.

Nel cosmo esistono moltissime galassie che nella maggior parte dei casi non si presentano distribuite in modo isolato l'una dalle altre, ma sono disposte in strutture più grandi che ne contengono anche numerose in uno spazio che possiamo definire ristretto, anche se copre distanze inimmaginabili.
Queste strutture sono gli "ammassi di galassie" e fra un ammasso e l'altro esistono immensi vuoti cosmici che occupano in realtà l'80% dello spazio conosciuto: la struttura della distribuzione della materia visibile si presenta "a nido d'api", dove le galassie sono prevalentemente disposte su piani bidimensionali che separano fra di loro regioni sostanzialmente prive di materia luminosa.

A causa della forza di attrazione gravitazionale, le galassie all'interno di uno stesso ammasso si muovono con una loro propria velocità. Studiando i valori di queste velocità, gli studiosi hanno stabilito che sono troppo alti, di circa un fattore da 10 a 100 volte superiore, rispetto a quelli che si otterrebbero se la massa dell'ammasso fosse solo quella visibile.
Ne consegue che deve esistere un quantitativo di materia non visibile, ma "attivo" gravitazionalmente che giustifica quei valori di velocità misurati.

Infatti:
Le galassie la cui forma è definita a spirale hanno un nucleo centrale molto denso e dei lunghi bracci avvolti intorno ad esso, che seguono il verso di rotazione dell'intera struttura. Ogni oggetto appartenente alla galassia ruota con una sua velocità intorno al centro; il valore di essa dipenderà abbastanza intuitivamente dalla distanza dell'oggetto dal centro della galassia e dalla massa che la costituisce.

Se la nostra comprensione della gravità è corretta, ad una massa galattica più grande corrisponderanno velocità maggiori. Studiando questi valori si trova che le velocità misurate sono troppo grandi per giustificare il quantitativo di materia luminosa presente nella galassia; ne segue, ancora, che deve esistere un quantitativo notevole di materia "attiva" solo gravitazionalmente che, aumentando la massa galattica, provoca il valore osservato delle velocità degli oggetti presenti.

 La maggior parte degli astronomi è concorde nel ritenere che esiste materia oscura intorno ai nuclei delle galassie, in un alone che si estende per circa il doppio delle sue dimensioni visibili. Questo accade per esempio anche nella nostra galassia, la Via Lattea, dove le Nubi di Magellano, due nostre galassie satellite di forma ellittica contenute nell'Emisfero Sud, hanno un moto influenzato dalla presenza dell'alone di materia oscura, tanto che è possibile ritenere che esso si estenda per oltre 30.000 anni luce al di là di esse.
In generale possiamo dire che dove c'è materia visibile, c'è anche un certo quantitativo di materia oscura. Il problema è che se ci fossero sistemi celesti dove sia presente soltanto materia oscura, sarebbe impossibile individuarli direttamente a causa della loro invisibilità; possiamo solo sperare che siano vicini a sistemi visibili in modo da poterne osservare gli effetti su di essi.
Ne consegue che il quantitativo di materia oscura dovuto a questi sistemi ci è del tutto sconosciuto.
 

Le prime prove dirette dell'esistenza della materia oscura

L'energia oscura è uno dei grandi fantasmi della fisica moderna e la sua esistenza è stata finora dimostrata solo da prove indirette. La teoria spiega che la dark energy, essendo di segno opposto alla gravitazione, provoca aumenti e perdite di energia contrapposti a quelli dovuti alla gravitazione. L'esistenza della dark energy, sarebbe così alla base di certi fenomeni osservati nello spazio e non spiegabili con le forze finora conosciute. Soprattutto sarebbe la forza responsabile dell'accelerazione del movimento di espansione dell'Universo.

Gli astronomi dell'Università di Pittsburgh in Pennsylvania avrebbero trovato le prime prove dirette dell'esistenza dell'energia oscura, una forza misteriosa che bilancerebbe l'attrazione gravitazionale tra i corpi dell'Universo. L'"impronta" della dark energy sarebbe stata rilevata nel Cosmic Microwave Background (Cmb), ossia quella radiazione di fondo dell'Universo che costituisce il bagliore residuo del Big Bang.
Gli scienziati hanno osservato che la Cmb ha una temperatura leggermente più alta laddove ci sono molte galassie vicine, fenomeno che sarebbe spiegato dalla presenza di questa forma di energia.

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