天文学で最近大きなトピックとなっているのが、宇宙に存在すると考えられている未知の物質「ダークマター」。存在は100年程前に指摘され、近年はその役割や性質が明らかになってきた。ダークマターは質量を持ち、星や星雲を構成する通常の物質と重力によって引き合い、大きな重力の源となり宇宙や天体を形作ったと考えられている。その3分の2ほどはダークエネルギーと呼ばれる謎のエネルギー、残りが物質であることが分かっている。さらに、宇宙の物質の8割以上はダークマターが占めている。
最近の研究によると、ビッグバンの後に宇宙を満たしていたダークマターの分布にはわずかにゆらぎがあった。2024年からはすばる望遠鏡を用いた宇宙探査が始まる。最近では巨大なブラックホールがダークマターの正体なのではというアイデアも提案された。2015年に巨大なブラックホールの合体現象が初めて観測され重力派が捉えられた。2024年からは重力波望遠鏡KAGRAが本格的に観測をする予定で期待が寄せられている。