Galaxie v našem vesmíru zřejmě dosahují nemožného. Rotují takovou rychlostí, že by je gravitace vytvářená jejich pozorovatelnou hmotou nemohla udržet pohromadě; už dávno by se měly roztrhnout. Totéž platí pro galaxie v kupách, což vede vědce k domněnce, že zde působí něco, co nevidíme. Domnívají se, že něco, co jsme zatím nedokázali přímo odhalit, dodává těmto galaxiím dodatečnou hmotnost a vytváří tak dodatečnou gravitaci, kterou potřebují k tomu, aby zůstaly neporušené. Tato zvláštní a neznámá hmota byla nazvána „temnou hmotou“, protože není vidět.
Temná hmota
Na rozdíl od normální hmoty temná hmota neinteraguje s elektromagnetickou silou. To znamená, že neabsorbuje, neodráží ani nevyzařuje světlo, takže je velmi obtížné ji spatřit. Ve skutečnosti se vědcům podařilo odvodit existenci temné hmoty pouze z gravitačního působení, které zřejmě má na viditelnou hmotu. Zdá se, že temná hmota převažuje nad viditelnou hmotou zhruba v poměru šest ku jedné a tvoří asi 27 % vesmíru. Zde je střízlivý fakt: hmota, kterou známe a která tvoří všechny hvězdy a galaxie, tvoří pouze 5 % obsahu vesmíru! Co je však temná hmota? Jednou z myšlenek je, že by mohla obsahovat „supersymetrické částice“ – hypotetické částice, které jsou partnery částic již známých ve standardním modelu. Experimenty na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) mohou poskytnout více přímých vodítek o temné hmotě.
Mnohé teorie říkají, že částice temné hmoty by byly dostatečně lehké na to, aby je bylo možné produkovat na LHC. Pokud by byly vytvořeny na LHC, unikly by nepozorovaně přes detektory. Odnesly by si však energii a hybnost, takže fyzikové by mohli jejich existenci odvodit z množství energie a hybnosti, které „chybí“ po srážce. Kandidáti na temnou hmotu se často objevují v teoriích, které naznačují fyziku mimo standardní model, jako je supersymetrie a další rozměry. Jedna z teorií naznačuje existenci „skrytého údolí“, paralelního světa tvořeného temnou hmotou, která má jen velmi málo společného s nám známou hmotou. Pokud by se jedna z těchto teorií ukázala jako pravdivá, mohla by vědcům pomoci lépe pochopit složení našeho vesmíru a zejména to, jak galaxie drží pohromadě.
Temná energie
Temná energie tvoří přibližně 68 % vesmíru a zdá se, že je spojena s vakuem ve vesmíru. Je rovnoměrně rozložena v celém vesmíru, a to nejen v prostoru, ale i v čase – jinými slovy, její účinek se s rozpínáním vesmíru nerozmělňuje. Rovnoměrné rozložení znamená, že temná energie nemá žádné lokální gravitační účinky, ale spíše globální vliv na vesmír jako celek. To vede k odpudivé síle, která má tendenci urychlovat rozpínání vesmíru. Rychlost rozpínání a jeho zrychlování lze měřit pozorováním na základě Hubbleova zákona. Tato měření spolu s dalšími vědeckými údaji potvrdila existenci temné energie a umožnila odhadnout, kolik této záhadné látky existuje.