Από τότε πολλά πειράματα που έγιναν, επιβεβαιώνουν την υπόδειξη του Oort και της Vera Rubin για την ύπαρξη σκοτεινής ύλης. Οι αστρονόμοι δεν γνωρίζουν ακριβώς από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη, η οποία εικάζεται ότι αποτελεί το 90% έως 99% της μάζας του Σύμπαντος. Οι μαύρες τρύπες, τα αναρίθμητα νετρίνα που τώρα τελευταία γνωρίζουμε ότι έχουν μάζα, οι αόρατοι πλανήτες με μέγεθος του Δία, άστρα που κατέληξαν νάνοι, ενδογαλαξιακή σκόνη και αέριο είναι οι πιθανές εξηγήσεις.

Η σκοτεινή ύλη πρέπει να έχει παίξει επίσης κάποιο σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό των γαλαξιών κατά την εξέλιξη του Σύμπαντος, αλλά και να ελέγχει ακόμη και τώρα την πορεία του κόσμου. Η ύπαρξή της δηλαδή θα είναι αποφασιστική για τη μοίρα του Σύμπαντος, γιατί η εξέλιξη του σύμπαντος εξαρτάται από την ολική μάζα του Σύμπαντος.

Μορφές της σκοτεινής ύλης

Η μάζα αυτή μπορεί να είναι οργανωμένη στη μορφή καφετιών νάνων (brown dwarfs), κόκκινων νάνων, πολύ μεγάλων μαύρων οπών, μεσογαλαξιακών νεφών και σκόνης ή ακόμη και σε σκοτεινούς γαλαξίες.

Από τις ποσότητες του δευτερίου που βλέπουμε βγαίνει το συμπέρασμα ότι η σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος δεν μπορεί να είναι πάνω από 10-15 φορές περισσότερη από την παρατηρούμενη φωτεινή μάζα, ποσότητα που δεν φτάνει για να κλείσει το Σύμπαν. Μία άλλη πρόταση αφορά τη μάζα των νετρίνων. Επειδή το νετρίνο έχει ελάχιστη μάζα περίπου 1eV/c², αλλά το πλήθος τους είναι τεράστιο, η έστω και ελάχιστη μάζα του, φτάνει για να κλείσει το Σύμπαν.

Πάντως σήμερα η έρευνα για να εντοπιστεί η φύση της σκοτεινής ύλης έχει μεταφερθεί και στο εργαστήριο, όπου δοκιμάζονται οι συνέπειες θεωριών που προβλέπουν ασυνήθιστα και εξωτικά σωματίδια, τα οποία, αν υπάρχουν, θα βοηθούσαν στη διαλεύκανση του μυστηρίου. Για παράδειγμα θεωρίες δέχονται την ύπαρξη παράξενων σωματιδίων, όπως είναι το φωτίνο των υπερσυμμετρικών θεωριών βαρύτητας, το άξιον των ενοποιημένων θεωριών των ασθενών, των ηλεκτρομαγνητικών και των ισχυρών αλληλεπιδράσεων, και τέλος τα υπερβαρέα σωματίδια της θεωρίας των υπερχορδών.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ακόμα σε μία ομάδα σωματιδίων όχι φορτισμένων και μη βαρυονικών, που συνολικά ονομάζονται Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα ή WIMP'S (Weakly interacting massive particles). Τέτοια σωματίδια προβλέπονται κυρίως από θεωρίες που ξεπερνούν τα πλαίσια του καθιερωμένου μοντέλου της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων και τα οποία στηρίζονται συνήθως στην έννοια της υπερσυμμετρίας ανάμεσα στους δύο βασικούς τύπους σωματιδίων (με βάση το σπιν), τα μποζόνια και τα φερμιόνια.

Το πιο κοινό μοντέλο για τη σκοτεινή ύλη προβλέπει σωματίδια που κινούνται αργά και γι' αυτό λέγεται Ψυχρή Σκοτεινή Ύλη (CDM), η οποία αλληλεπιδράει με την κανονική ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας. Τα πρόσφατα όμως οπτικά δεδομένα των παρατηρήσεων των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών δείχνουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορούν να αλληλεπιδρούν πιο έντονα από την απλή CDM.

Ένα σωματίδιο που θα μπορούσε εδώ να παίξει σημαντικό ρόλο είναι το νετραλίνο, το υπερσυμμετρικό σωματίδιο του νετρίνου, το οποίο (αν υπάρχει) θα πρέπει να έχει μάζα ανάμεσα σε 20GeV και 1.000GeV (20 έως 1.000 φορές τη μάζα του πρωτονίου!). Σε διάφορα πειράματα που λαμβάνουν χώρα σε διάφορα σημεία του κόσμου γίνεται προσπάθεια σε μεγάλες υπόγειες δεξαμενές να εντοπιστούν τέτοια εξωτικά σωματίδια, τα οποία μπορεί να υπάρχουν ως υπολείμματα του Big Bang.

Τέτοια πειράματα είναι το Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), το ιταλικό DAMA, το UK Dark Matter Collaboration (UDMMC) στη Μ. Βρετανία.

Η ανακάλυψη του Παρατηρητηρίου ακτίνων-Χ Chandra

Το Σμήνος γαλαξιών EMSS 1358+6245, που βρίσκεται σε απόσταση 4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Αυτή η εικόνα που λήφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Chandra ακτίνων Χ της NASA, δείχνει την ακτινοβολία του θερμότατου αερίου που καταλαμβάνει το χώρο ανάμεσα στους γαλαξίες του σμήνους. Αυτή η φωτογραφία βοήθησε τους αστρονόμους να υπολογίσουν ότι η ποσότητα σκοτεινής ύλης σ' αυτό το σμήνος είναι τετραπλάσια της φωτεινής ύλης (αέριο και αστέρια στους γαλαξίες).

Πριν από ένα χρόνο περίπου (Σεπτέμβριος 2001), επιστήμονες από το ΜΙΤ (John Arabadjis και Mark Bautz) και το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας (Gordon Garmire), με τη βοήθεια του παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων-X της NASA, καθόρισαν για πρώτη φορά ακριβώς την κατανομή της σκοτεινής ύλης σε έναν απόμακρο σμήνος γαλαξιών, το EMSS 1358+6245. Το σμήνος αυτό βρίσκεται περίπου 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Δράκοντα, και παρατηρήθηκε από το Chandra για 15.3 ώρες στις 3-4 του Σεπτεμβρίου 2000.

Στα ανωτέρω σμήνη υπολογίστηκε ότι όλη η ύλη που φωτοβολεί και γίνεται αντιληπτή, δεν αποτελεί παρά μόνο το 13% της συνολικής μάζας του κάθε σμήνους. Το υπόλοιπο 87% ανήκει σε κάποια αόρατη μορφή ύλης, την λεγόμενη σκοτεινή. Επίσης από την κατανομή της σκοτεινής ύλης στο εσωτερικό του σμήνους έχουμε ενδείξεις για τη φύση των εξωτικών αυτών σωματιδίων.

Αυτές οι νέες μετρήσεις χρησίμευσαν ώστε να λιγοστέψουν και το πεδίο των υποψηφίων σωμάτων που εξηγούν την "σκοτεινή ύλη", το αόρατο και άγνωστο υλικό που έχει την πλειοψηφία.

Τα στοιχεία από τις ραδιοπαρατηρήσεις, τις οπτικές παρατηρήσεις καθώς και με ακτίνες-X, έπεισαν τους αστρονόμους ότι η περισσότερη από την ύλη του Σύμπαντος βρίσκεται υπό μορφή της σκοτεινής, και ως τώρα μη ανιχνευθείσας, η οποία καθιστά αισθητή την παρουσία της μόνο μέσω της βαρύτητας.

Με τα στοιχεία του Chandra αλλά και του Hubble, βρήκαν το μέγεθος, των σκοτεινών σωματιδίων της ύλης. Όσο μεγαλύτερα είναι σωματίδια, τόσο εντονότερα αλληλεπιδρούν, και τόσο περισσότερο αλλάζουν την κατανομή της σκοτεινής ύλης.

Στα σμήνη των γαλαξιών, που εξετάσθηκαν, το ποσό της σκοτεινής ύλης μπορεί να προκύψει με τη μέτρηση της πίεσης στην ακτίνα-X, που εκπέμπει το καυτό αέριο. Και από εκεί τον καθορισμό της ποσότητας της σκοτεινής ύλης, που απαιτείται για να παρέχει την αναγκαία βαρύτητα, ώστε να κρατηθεί το αέριο και να μην διαφύγει από το σμήνος EMSS 1358+6245.

Επίσης όπως αναφέραμε πιο πάνω υπάρχουν σωματίδια που κινούνται αργά (γι' αυτό είναι και χαμηλής θερμοκρασίας), η λεγόμενη Ψυχρή Σκοτεινή Ύλη (CDM), η οποία αλληλεπιδράει με την κανονική ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας.

Στο σμήνος λοιπόν EMSS 1358+6245, υπολογίστηκε ότι η μάζα της σκοτεινής ύλης είναι περίπου 4 φορές μεγαλύτερη της "κανονικής" ύλης (η ύλη που  δεν αποτελείται από εξωτικά σωματίδια), τυπική σύνθεση των μεγάλων σμηνών των γαλαξιών. Όμως η κατανομή της σκοτεινής ύλης κρατά το κλειδί στην κατανόηση της σύνθεσής της.

Οι μετρήσεις από το Chandra έδειξαν ότι στα παραπάνω σμήνη, η σκοτεινή ύλη είναι συγκεντρωμένη με μια αρκετά ομοιόμορφη κατανομή σε απόσταση όχι μεγαλύτερη από 150.000 έτη φωτός από το κέντρο του σμήνους. Επομένως οι επιστήμονες συμπεραίνουν πως η θεωρία της CDM έχει σημαντική πιθανότητα να εξηγεί τη φύση της σκοτεινής ύλης, με την προϋπόθεση ότι αυτά τα ψυχρά σωμάτια (cool dark matter) πρέπει να αλληλεπιδρούν  ισχυρά και μεταξύ τους.

Ένα από τα σημαντικότερα συμπεράσματα των παραπάνω μελετών είναι ότι ζούμε σ' ένα Σύμπαν πολύ μικρής πυκνότητας. Λαμβάνοντας υπ' όψιν κάθε μορφή ύλης, η μέση πυκνότητα στο Σύμπαν δεν ξεπερνάει το 30% της κρίσιμης πυκνότητας της μάζας, που έχει υπολογιστεί ότι χρειάζεται για να σταματήσει η αέναη διαστολή του Σύμπαντος.

Αυτό το σημαντικότατο αποτέλεσμα βρίσκεται σε συμφωνία με τις παρακάτω ανακαλύψεις

Και όλες αυτές οι ανακαλύψεις συγκλίνουν στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν μας θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ' άπειρον, πιθανότητα την οποία είχε απορρίψει ο ίδιος ο Einstein τον περασμένο αιώνα.

Η σχετική ποσότητα της σκοτεινής ύλης αυξάνει προς το κέντρο του σμήνους. Μετρώντας το ακριβές ποσό της αύξησης μπορούν οι αστρονόμοι να θέσουν όρια για το ρυθμό με τον οποίο τα  σωματίδια της σκοτεινής ύλης συγκρούονται το ένα με το άλλο στο σμήνος. Αυτή η πληροφορία είναι άκρως σπουδαία στους επιστήμονες στην έρευνα που κάνουν για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης.

Για να εξηγήσουν την μεγαλύτερη συγκέντρωση στο κέντρο, η μια λύση ήταν να εισαχθεί η αυτο-αλληλεπιδρώσα σκοτεινή ύλη, ή όπως λέγεται SIDM. Από τη σύγκριση των στοιχείων του Chandra με τις θεωρητικές προσομοιώσεις, οι επιστήμονες μπορούν να βάλουν ακριβείς περιορισμούς στα σωματίδια SIDM. Οι παρατηρήσεις του Chandra εμφανίζουν ότι δεν υπάρχουν αποδείξεις για μια υπερβολική προς τα έξω κίνηση της σκοτεινής ύλης, που είναι κατανεμημένη σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 150.000 έτη φωτός από το κέντρο του σμήνους.