Pimeä aine on salaperäinen aine, jolla on painovoimaisia vaikutuksia tavalliseen aineeseen, mutta jota ei voida havaita millään muulla tavalla. Vaikka perinteiset ainepilvet voidaan havaita tähtien aktiivisuutensa, valonsirontansa, radiopäästöjen ja muiden keinojen avulla, pimeän aineen pilvet ovat näkymättömiä suurimmalle osalle laitteistamme. Silti ne muodostavat 90% – 99% maailmankaikkeuden aineesta.
30 -luvulla tähtitieteilijät Fritz Zwicky ja Sinclair Smith suorittivat analyysin galaksien nopeudesta suurissa galaktisissa ryhmissä Neitsyt ja Kooma. He havaitsivat, että kaikki galaksit liikkuivat kymmenen ja sata kertaa nopeammin kuin niiden pitäisi olla, kun otetaan huomioon arvioidut havainnot tähtien tiheyteen. Jotain näkymätöntä synnytti ylimääräistä painovoimaa.
Vaikka Zwickyn ja Smithin ensimmäiset havainnot näyttivät antavan vahvaa näyttöä pimeästä aineesta, kaikki kosmologit eivät olleet vakuuttuneita. Koska nämä galaktiset klusterit olivat niin kaukana, oli vaikea mitata tarkasti kunkin galaksin itsenäisiä nopeuksia vain vuosikymmenien ajan. Vahvempia todisteita tuli 70 -luvulla, kun tutkijat, kuten Rubin, Freeman ja Peebles, alkoivat analysoida galaksien kiertokäyriä. Kierregalaksien tähdet, kuten omamme, liikkuivat nopeammin galaktisen ytimen ympäri kuin niiden havaittava massa osoittaisi.
Lopulta havaittiin, että kaikki galaksit sisältävät tumman aineen haloja, jotka ulottuvat kaukana kaukoputken osoittaman galaksin rajoista. Näiden halojen sanotaan koostuvan MACHO: ista (massiivisista astrofyysisistä pienikokoisista halo -objekteista) ja WIMP: istä (heikosti vuorovaikutuksessa olevat massiiviset hiukkaset). MACHO-teoreettisten tietojen mukaan ne ovat enimmäkseen mustia aukkoja ja ruskeita kääpiöitä (palanut tähtiä). Ne koostuvat tavanomaisesta eli baryonisesta aineesta – tutuista atomeista, jotka ovat vain erittäin puristettuja. WIMP: iden sanotaan olevan ei-baryonisia aineen muotoja, heikosti vuorovaikutuksessa olevia hiukkasia, jotka liikkuvat relativistisella nopeudella. Todennäköisin WIMP -ehdokas on neutrino ja sen serkut.