宇宙微波背景辐射：在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射（cosmic microwave background radiation）各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。观测表明宇宙总能量的26.8% 由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%，其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。
宇宙大尺度结构的形成：大型计算机对宇宙演化的N－体引力模拟显示，无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团，这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。
暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而对暗物质属性了解很少。已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：（1）暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。
（2）暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。
（3）暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。
（4）通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。
综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。
暗物质候选者：弱相互作用有质量粒子（WIMP）是被最广泛讨论的暗物质候选者之一，它是指质量和相互作用强度在电弱标度附近的某种稳定粒子，通过热退耦机制获得已知的剩余丰度。WIMP应该基本是电中性和色中性的，因此不直接参与电磁和强相互作用。中微子也不参与强相互作用和电磁相互作用，但由于其在宇宙中以接近光速运动，属于“热暗物质”，不足以作为构成暗物质的主要成分。人类已知的粒子物理标准模型中，不存在同时满足这些性质的粒子，这意味着WIMP必须是超出标准模型的新物理粒子。已有理论预言的WIMP包括：超对称模型中最轻的超对称伴侣粒子，如超中性子（neutralino）；额外维理论中的最小Kaluza-Klein激发态粒子；Little Higgs模型中的T-odd粒子。
另一个暗物质候选者是轴子（axion），一种非常轻的中性粒子，它与强相互作用中电荷共轭-宇称反演联合对称性破缺相联系。轴子间通过极微小的力相互作用，由此它无法与背景辐射处于热平衡状态，因此不会通过热退耦获得剩余丰度，但可以通过真空态的破缺成为冷暗物质。
虽然人们已经对暗物质作了许多天文观测，其组成成分在2025年仍未能全然了解。早期暗物质的理论重在一些隐藏起来的常规物质星体，例如：黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等。这些星体一般归类为大质量致密天体（MAssive Compact Halo Objects，MACHOs），然而多年来的天文观测无法找到足够量的MACHOs。一般认为，难以探测的重子物质（如MACHOs以及一些气体）确实贡献了部分的暗物质效应，但证据指出这类的物质只占了其中一小部分。而其余的部分称作“非重子暗物质”。此外，星系转速曲线、引力透镜、宇宙结构形成、重子在星系团中的比例以及星系团丰度（结合独立得到的重子密度证据）等观测数据也指出宇宙中85%-90%的质量不参与电磁作用。这类“非重子暗物质”一般猜测是由一种或多种不同于常规物质（电子、质子、中子、中微子等）的基本粒子所构成。
由于尚未出现暗物质存在的直接探测证据，也有一些理论试图在不引入暗物质的情况下解释已有的天文观测现象。典型的一类理论是修正的牛顿引力理论（Modified Newtonian Dynamics, MOND），这类理论主张牛顿或爱因斯坦的引力理论并不完备，引力在不同的尺度会有不一样的行为。然而，暗物质存在的证据来自许多互不相关的观测现象，要仅仅通过引力理论而不引入暗物质来同时解释所有的这些现象是非常有挑战性的。尤其是“子弹星团”事例中观测到的正在碰撞的星团中可见物质和其质量中心的明显分离，是支持暗物质存在而非引力理论需要修改的观测证据。
探测手段：即使暗物质粒子与常规物质仅有微弱的相互作用，暗物质粒子也有可能被精密的实验仪器探测到。科学家采用的探测手段可以分为三类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”；二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”，三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。
（1）直接探测。如果暗物质是由微观粒子构成的，那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。如果其中一个粒子撞击了探测器物质中的原子核，那么探测器就能检测到原子核能量的变化并通过分析撞击的性质了解暗物质属性。然而，对于弱相互作用有质量粒子（WIMPs）来说，由于它们与普通物质之间的相互作用极其微弱，被探测器捕捉到的概率也十分微弱。为了最大限度地屏蔽其他种类宇宙射线的干扰，暗物质直接探测实验往往在地下深处进行。全世界有数十个暗物质地下探测实验在进行中。尚未有直接探测试验发现暗物质粒子存在的确凿证据。这些实验的结果有力地限制了暗物质粒子的质量和相互作用强度。
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