L’ensemble des observations astrophysiques permet de donner un aperçu relativement précis des différentes formes de matière (au sens large, voir ci-dessous) présentes dans l’univers. Bien que seulement deux d’entre elles soient aisément détectables, il semble au total y avoir au moins cinq formes de matière présentes dans l’univers :

 Les photons. C’est le nom porté par les particules qui transportent la lumière. Les photons sont de masse nulle, mais un photon de fréquence possède une énergie donné par la formule , où la quantité est une constante appelée constante de Planck. Ainsi il est possible de comparer l’énergie, ou la densité d’énergie des photons à celle de la matiére ordinaire dont l’énergie est donné en fonction de la masse par la célèbre formule ( étant la vitesse de la lumière). La densité d’énergie des photons est d’environ 0.01% de la densité d’énergie totale de l’univers. Elle est donc négligeable, ce qui ne veut pas dire que les photons ne jouent pas de rôle dans aucun processus astrophysique, bien au contraire !

 Les neutrinos. Il s’agit de particules assez difficiles à détecter mais produites en abondance par les réactions nucléaires (dans le soleil par exemple). On pense qu’en plus de ces neutrinos stellaires, il existe un fond de neutrinos issu des premiers instants de l’histoire de l’univers. Ceux-ci ont été détectés indirectement par l’intermédiaire de certaines observations astronomiques. Les propriétés des neutrinos sont encore mal connues. Par exemple le fait qu’ils aient une masse non nulle n’a été établie que récemment, à la fin des années 90. La valeur exacte de leur masse reste d’ailleurs sujette à débats.Bien que les neutrinos aient une masse non nulle, leur densité d’énergie pourrait être plus faible encore que celle des photons, et même dans le cas contraire (si leur masse est suffisamment élevée) elle ne devrait pas excéder quelques pourcents de la densité d’énergie totale.

 Les baryons, c’est à dire les atomes, neutrons, protons et électrons dont sont faits la Terre et le soleil. Leurs propriétés sont parfaitement connues. La densité de baryons dans l’univers compte pour environ 5% de la denstié totale.

 Une (ou plusieurs !) formes de « matière noire », non détectée en laboratoire et dont la nature exacte n’est pas connue à l’heure actuelle. Un certain nombre de propriétés de cette matière sont cependant connues du fait de sa détection indirecte dans les galaxies. On sait qu’elle est probablement composée de particules au sens que l’on donne communément à ce mot, que ces particules sont peu nombreuses mais « lourdes » (ce qui dans ce contexte signifie que leur masse est vraisemblablement très supérieure à celle d’un électron), qu’elle est électriquement neutre, et qu’à basse température elle interagit extrêmement peu avec la matière ordinaire. De nombreux modèles de physique des hautes énergies prédisent l’existence de cette forme de matière dont la détection est un des enjeux majeurs de la physique des particules d’aujourd’hui. La densité de cette matière noire compte pour environ 25% de la densité totale de l’univers.

 Une forme encore moins bien connue d’« énergie noire » dont l’existence ne fait guère de doute mais dont les propriétés sont pour l’heure un mystère. La densité de cette énergie noire compte pour environ 70% de la densité totale de l’univers : c’est de loin la forme de matière la plus abondante et la plus mystérieuse dans l’univers.

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