Depuis les années 1930 avec Yann Oort, plusieurs physiciens ont suggéré qu'il exisait dans l'Univers une certaine quantité de matière "invisible" afin d'expliquer la dynamique des galaxies observées. Cette idée reposait sur le fait qu'on peut estimer la masse d'une galaxie de deux façons différentes :

• En "décomptant" le nombre de sources lumineuses, et en estimant leur masse à partir de leur luminosité, on peut calculer la masse "lumineuse" totale $M_L$
• En observant la courbe de vitesse supposée d'origine gravitationnelle des objets d'une galaxie, on peut estimer la masse "gravifique" $M_G$ nécessaire pour que celles-ci se meuvent comme elles le font (une estimation rapide peut être obtenue à l'aide du théorème du Viriel)

Le problème est que, si l'on fait ce calcul, par exemple pour la Voie Lactée, on trouve que $M_L$ ne représente qu'un dixième de $M_G$ ! Il semble donc qu'une composante essentielle de la masse soit "invisible". Dans les années 1970, Vera Rubin mène des recherches avec l'aide de Kent Ford qui avait mis au point un nouveau spectrographe très performant afin d'étudier la distribution de vitesses orbitales des galaxies en fonction de la distance au centre. En 1980, les deux physiciens publient dans un papier (V. C. Rubin, N. Thonnard et al.  1980) le résultat de leurs mesures portées sur 21 galaxies Sc (galaxies spirales à plus de deux bras, dans la séquence de Hubble). Ils trouvent systématiquement une courbe de vitesse devenant plate à des distances importantes du centre galactique. Grâce à la troisième loi de Képler il est alors possible de remonter au profil de densité $r \to \rho(r)$ selon : \begin{equation} \rho (r) = \dfrac{3v^2}{4\pi G r} \left ( 1 + 2 \dfrac{r}{v(r)} v'(r) \right ) \end{equation} Ce profil peut être comparé à celui estimé à partir de la courbe de luminosité dans différentes bandes. La décroissance attendue en $1/r$ de la densité d'après les courbes de vitesse ne correspond pas à la matière visible ! Il y a bien de la matière invisible qui s'étend jusqu'hors des limites visibles des galaxies.