Nous énumérons ici quelques sujets importants de recherche en astrophysique ; là aussi, comme dans le chapitre précédent, il s’agit d’un choix. Détailler ces sujets sortirait de l’optique de notre ouvrage, mais il nous a paru important de les faire figurer, même de manière brève.
Le bilan actuel du contenu de l’Univers conduit à 26 % de matière (le reste en énergie), dont 4,5 % de matière baryonique connue (atomes) et 0,5 % observée par les astronomes. Il « manque » donc 25,5 % de matière (26 – 0,5) qui échappent à notre observation : matière baryonique si froide qu’elle ne peut être observée par les moyens actuels, matière non baryonique à ce stade totalement inconnue (non composée d’atomes et de leurs particules élémentaires connues).
Ce bilan « massique » de l’Univers est fait à partir des équations cosmologiques du modèle standard, et est recoupé par une indication observationnelle simple de la masse manquante. On peut connaître, d’une part, la masse d’une galaxie donnée par la mesure de la vitesse de rotation de ses composants et par les lois de la dynamique ; on peut aussi calculer la masse d’une galaxie à partir de sa luminosité, comme pour les étoiles (cf. chapitre 14, relation masse-luminosité). Or, à la comparaison de ces calculs, la masse « dynamique » apparaît comme 10 à 100 fois supérieure à la masse « lumineuse », pour toutes les galaxies. Les composants d’une galaxie ont une vitesse de rotation beaucoup plus importante que prévu, ce qui corrobore le fait qu’il existe, en plus des masses connues, des masses d’une matière non visible, la matière noire, probablement des halos de grande taille situés autour des galaxies…