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Dunkle Materie ist eine postulierte Form von Materie, die nicht direkt sichtbar ist, aber über die Gravitation wechselwirkt. Ihre Existenz wird im Standardmodell der Kosmologie, dem Lambda-CDM-Modell, postuliert, um innerhalb dieses Modells die Bewegung der sichtbaren Materie zu erklären, insbesondere die Geschwindigkeit, mit der sichtbare Sterne das Zentrum ihrer Galaxie umkreisen. In den Außenbereichen ist diese Geschwindigkeit deutlich höher, als man es allein aufgrund der Gravitation der Sterne, Gas- und Staubwolken erwarten würde.
Auch für die beobachtete Stärke des Gravitationslinseneffekts wird Dunkle Materie postuliert. Nach dem Lambda-CDM-Modell werden viele beobachtete Effekte zu nur etwa einem Sechstel von sichtbarer Materie verursacht, die im Standardmodell der Elementarteilchenphysik erfasst wird. Die Existenz der Dunklen Materie ist eine wichtige offene Frage der Kosmologie.
Zu alternativen Erklärungsmodellen für die Beobachtungen siehe den Abschnitt Alternativen zu Dunkler Materie unten.