几十年前，暗物质(darkmatter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍，在宇宙能量占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原粒的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质，为暗物质本性的研究带来新的曙光。
大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹•扎维奇（Fritzwicky）发现，大型的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。
在引入宇宙暴涨理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。
当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，象普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70－80%的差异。之后，两个**的天学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（ilkinsonMicrowaveAnisotropeProbe，MAP）的观测也**的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。
暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话，情况就完全不同了。首先，总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在"大爆炸"之后的几十亿年暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。
不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、和，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射（CMB）留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射脱耦出来。
另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非性粒因此得名。
在开始阐述这一模型的有效性之前，必须先交待一下其最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动（涨落），为了预言其在不同波长上的引力效应，小扰动谱必须具有特殊的形态。为此，最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）。MAP的观测结果证实了这一预言，其观测到的结果为n=0.99±0.04。
但是如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质－－和。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质的绝大部分现在还不清楚。这里我们将讨论暗物质可能的候选者，由其导致的结构形成，以及我们如何综合粒探测器和天观测来揭示暗物质的性质。
最被看好的暗物质候选者
长久以来，最被看好的暗物质仅仅是假说的基本粒，它具有寿命长、温度低、无碰撞的特性。寿命长意味着它的寿命必须与现今宇宙年龄相当，甚至更长。温度低意味着在脱耦时它们是非相对论性粒，只有这样它们才能在引力作用下迅速成团。由于成团过程发生在比哈勃视界（宇宙年龄与光速的乘积）小的范围内，而且这一视界相对现在的宇宙而言非常的小，因此最先形成的暗物质团块或者暗物质晕比银河系的尺度要小得多，质量也要小得多。随着宇宙的膨胀和哈勃视界的增大，这些最先形成的小暗物质晕会合并形成较大尺度的结构，而这些较大尺度的结构之后又会合并形成更大尺度的结构。其结果就是形成不同体积和质量的结构体系，定性上这是与观测相一致的。相反的，对于相对论性粒，例如微，在物质引力成团的时期由于其运动速度过快而无法形成我们观测到的结构。因此微对暗物质质量密度的贡献是可以忽略的。在太阳微实验对微质量的测量结果也支持了这一点。无碰撞指的是暗物质粒（与暗物质和普通物质）的相互作用截面在暗物质晕小的可以忽略不计。这些粒仅仅依靠引力来束缚住对方，并且在暗物质晕以一个较宽的轨道偏心律谱无阻碍的作轨道运动。
低温无碰撞暗物质（CCDM）被看好有几方面地原因。第一。CCDM地结构形成数值模拟结果与观测相一致。第二。作为一个特殊地亚类。弱相互作用大质量粒（IMP）可以很好地解释其在宇宙地丰度。如果粒间相互作用很弱。那么在宇宙最初地万亿分之一秒它们是处于热平衡地。之后。由于湮灭它们开始脱离平衡。根据其相互作用截面估计。这些物质地能量密度大约占了宇宙总能量密度地20－30%。这与观测相符。CCDM被看好地第三个原因是。在一些理论模型预言了一些非常有吸引力地候选粒。
其一个候选者就是性（neutralino）。一种超对称模型提出地粒。超对称理论是超引力和超弦理论地基础。它要求每一个已知地都要有一个伴随地（尚未观测到）。同时每一个玻色也要有一个伴随地费米。如果超对称依然保持到今天。伴随粒将都具有相同地质量。但是由于在宇宙地早期超对称出现了自发地破缺。于是今天伴随粒地质量也出现了变化。而且。大部分超对称伴随粒是不稳定地。在超对称出现破缺之后不久就发生了衰变。但是。有一种最轻地伴随粒（质量在100GeV地数量级）由于其自身地对称性避免了地发生。在最简单模型。这些粒是呈电性且弱相互作用地－－是IMP地理想候选者。如果暗物质是由性组成地。那么当地球穿过太阳附近地暗物质时。地下地探测器就能探测到这些粒。另外有一点必须注意。这一探测并不能说明暗物质主要就是由IMP构成地。现在地实验还无法确定IMP究竟是占了暗物质地大部分还是仅仅只占一小部分。
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