Au cours du siècle dernier, les astronomes qui étudiaient les mouvements des galaxies et le caractère du rayonnement de fond diffus cosmologique se sont rendu compte que la majeure partie de la matière de l'univers n'était pas visible. Environ 84% de la matière dans le cosmos est sombre, n'émettant ni lumière ni aucun autre type de rayonnement connu. C'est pourquoi on l'appelle matière noire. L'une de ses autres qualités principales est qu'il n'interagit avec d'autres matières que par gravité :il ne porte aucune charge électromagnétique, par exemple. La matière noire est aussi « sombre » car elle est mystérieuse :elle n'est pas composée d'atomes ou de leurs constituants habituels comme les électrons et les protons. Les physiciens des particules ont imaginé de nouveaux types de matière, conforme aux lois connues de l'univers, mais jusqu'à présent, aucun n'a été détecté ou son existence confirmée. La découverte du boson de Higgs par le Grand collisionneur de hadrons en 2012 a suscité un regain d'optimisme quant à la découverte prochaine de particules de matière noire. mais jusqu'à présent, aucune n'a été observée et les classes de particules précédemment prometteuses semblent maintenant être de longue haleine.

Les astronomes se rendent compte que la matière noire est le composant dominant de la matière dans l'univers. Quelle que soit sa nature, elle a profondément influencé l'évolution des structures galactiques et la distribution du rayonnement de fond cosmique micro-onde (CMBR). L'accord remarquable entre les valeurs des paramètres cosmiques clés (comme le taux d'expansion) dérivées des observations de deux types complètement différents de structures cosmiques à grande échelle, galaxies et le CMBR. prêter foi aux modèles inflationnistes du big bang qui incluent le rôle de la matière noire.

Les modèles actuels de matière noire supposent qu'elle est « froide, " C'est, qu'il n'interagit avec aucune autre sorte de matière ou de rayonnement - ou même avec lui-même - au-delà des influences de la gravité. Cette version de la cosmologie est donc appelée le scénario de la matière noire froide. Mais les cosmologistes se demandent si des observations plus précises pourraient exclure même de petits niveaux d'interactions. L'astronome CfA Sownak Bose a dirigé une équipe de collègues dans une étude d'une particule de "matière noire" très populaire (bien que spéculative), celui qui a une certaine capacité à interagir avec des particules très légères qui se déplacent près de la vitesse de la lumière. Cette version constitue l'un des nombreux scénarios possibles de matière noire chaude (peut-être plus précisément appelée matière noire en interaction). En particulier, les particules hypothétiques sont autorisées à interagir avec les neutrinos (les neutrinos devraient être extrêmement abondants dans l'univers primitif chaud).

Les scientifiques ont utilisé des simulations cosmologiques de pointe de la formation des galaxies pour un univers modèle avec ce type de matière noire chaude. Ils constatent que pour de nombreuses observations, les effets sont trop faibles pour être perceptibles. Cependant, la signature de cette matière noire chaude est présente de différentes manières, et en particulier dans la façon dont les galaxies lointaines sont réparties dans l'espace, quelque chose qui peut être testé en cartographiant les galaxies en regardant leur hydrogène gazeux. Les auteurs concluent que l'avenir, des observations très sensibles devraient pouvoir faire ces tests. De nouvelles cartes détaillées de la distribution de l'absorption d'hydrogène gazeux pourraient être utilisées pour soutenir - ou exclure - cette possibilité de matière noire chaude (voir la figure), et faire la lumière sur cette mystérieuse composante cosmique.