Se llama materia oscura a la materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas.

No se debe confundir la materia oscura con la energía oscura. De acuerdo con las observaciones actuales de estructuras mayores que una galaxia, así como la cosmología del Big Bang, la materia oscura constituye la gran mayoría de la masa en el Universo observable. Fritz Zwicky la utilizó por primera vez para declarar el fenómeno observado consistente con las observaciones de materia oscura como la velocidad rotacional de las galaxias y las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos, las lentes gravitacionales de objetos de fondo por los cúmulos de galáxias así como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de temperatura de gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias.

La materia oscura también juega un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas.

Composición de la materia oscura

Los datos de varias líneas de pruebas, como el problema de la rotación de las galaxias, las lentes gravitacionales, la formación de estructuras y la fracción de bariones en cúmulos y la abundancia de cúmulos, combinada con pruebas independientes para la densidad bariónica, indican que el 85-90% de la masa en el Universo no interactúa con la fuerza electromagnética. Esta "materia oscura" se evidencia por su efecto gravitavional. Se han postulado varias categorías de materia oscura.

·        Materia oscura bariónica.

·        Materia oscura no-bariónica que está dividida en tres tipos diferentes:

•  Materia oscura caliente: partículas no bariónicas que se mueven ultrarrelativistamente. 
•    Materia oscura templada: partículas no bariónicas que se mueven relativistamente.
• Materia oscura fría: partículas no bariónicas que no se mueven relativistamente.

Estimaciones basadas en los efectos gravitacionales de la cantidad de materia presente en el Universo sugieren, consistentemente, que hay mucha más materia de la que es posible observar directamente. Además, la existencia de materia oscura resolvería varias inconsistencias en la teoría del Big Bang. Se cree que la mayoría de la masa del Universo existe en esta forma. Determinar cuál es la naturaleza de la materia oscura es el llamado "problema de la materia oscura" o "problema de la masa desaparecida" y es uno de los más importantes de la cosmología moderna.

La cuestión de la existencia de la materia oscura puede parecer irrelevante para nuestra existencia en la Tierra pero el hecho de que exista o no afecta al destino último del Universo. Se sabe que el Universo está expandiéndose, por el corrimiento al rojo que presenta la luz de los cuerpos celestes distantes. Si no hubiera materia oscura, esta expansión continuaría para siempre. Si la actual hipótesis de la materia oscura es correcta, y dependiendo de la cantidad de materia oscura que haya, la expansión del Universo podría ralentizarse, detenerse o, incluso, invertirse (lo que produciría el fenómeno conocido como Big Crunch).

     
      

·        El Big Bang

De acuerdo a este modelo, el universo inició hace unos 15.000 millones de años, como una vasta explosión que generó el espacio y el tiempo. A partir de entonces, la densidad y la temperatura fueron disminuyendo.

·        Expansión y enfriamiento

Emergen las fuerzas naturales, conocidas hoy en día: gravedad, interacción nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y electromagnetismo. El universo está compuesto de partículas elementales que incluyen: quarks, electrones, fotones y neutrinos. Los protones y los neutrones se comienzan a formar.

·        102a 1013segundos: formación de primeros núcleos

El universo sigue expandiéndose. Se forman los primeros núcleos de hidrógeno y helio. Aún hoy, son los elementos más abundantes en el Universo.

·        1013 en adelante: el universo se torna transparente

El universo, que hasta entonces ha sido una inmensa nube de gas caliente en expansión, se enfría suficientemente como para que los electrones se puedan combinar con los núcleos de hidrógeno y helio. Se forman los primeros átomos. Se separa la materia de la energía. Esa organización permite que los fotones no se dispersen y sigan viajando indefinidamente. Estos mismos fotones son los que se encontraron como “radiación de fondo”, ahora en forma de microondas debido a que su longitud de onda va aumentando en la medida en la que el universo se va expandiendo.

·        100 millones de años después: nacimiento de primeras estrellas

Mil millones de años después del Big Bang, la gravedad ejerció su influencia en el universo temprano. Amplificó las irregularidades en el gas en expansión. Algunas regiones de gas se tornaron muy densas, la concentración encendió estrellas. Eventualmente, los grupos de estrellas formaron las primeras galaxias. Estas pueden ser observadas hoy, como fueron entonces, con grandes telescopios.

·        Cuasares

Entre mil millones y tres mil millones de años después del Big Bang muchas galaxias se juntaron y formaron galaxias más grandes. En estos eventos de gran energía, a veces colapsaban estrellas en un centro común, tan denso que se formaba un hoyo negro. El gas que fluía hacia los hoyos negros se calentaba a tal punto que se encendía momentáneamente, generando lo que hoy se conoce como cuasar.

·        Supernovas

Unos seis mil millones de años después del Big Bang, en las galaxias nacían y morían estrellas. En su etapas últimas, las estrellas masivas explotaban como grandes supernovas y, al hacerlo, dispersaban en el espacio interestelar elementos comunes, tales como oxígeno, carbono, nitrógeno, calcio y hierro. En las explosiones de estrellas supermasivas, también se creaban y dispersaban elementos más pesados, como oro, plata, plomo y uranio.

·        El Sol

Hace unos 5 mil millones de años, el Sol se formó en un brazo de la Vía Láctea. El amplio disco de gas y polvo que giraba alrededor de esta nueva estrella creó planetas y sus satélites, asteroides y cometas.

El Big Bang

Es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del Universo, como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo.

El universo en sus primeros momentos estaba lleno homogénea e isótropamente de una energía muy densa y tenía una temperatura y presión concomitantes. Se expandió y se enfrió, experimentando cambios de fase análogos a la condensación del vapor o a la congelación del agua, pero relacionados con las partículas elementales. 

A pesar de que el modelo del Big Bang se encuentra bien establecido en la cosmología, es probable que se redefina en el futuro. Se tiene muy poco conocimiento sobre el universo más temprano, durante el cual se postula que ocurrió la inflación. También es posible que en esta teoría existan porciones del Universo mucho más allá de lo que es observable en principio.

En la teoría de la inflación, esto es un requisito: La expansión exponencial ha empujado grandes regiones del espacio más allá de nuestro horizonte observable. Puede ser posible deducir qué ocurrió cuando tengamos un mejor entendimiento de la física a altas energías. Las especulaciones hechas al respecto, por lo general involucran teorías de gravedad cuántica.