Une autre voie d'approche est de supposer que l'Univers est effectivement rempli de matière noire, et d'essayer de la détecter. Ceci constitue une activité de recherche intense, et on peut distinguer deux approches :

• Détection directe : on instrumente un bloc de matière et on attend qu'une particule vienne interagir...
• Détection indirecte : on cherche dans le ciel des signaux anormaux, qui pourraient venir de la désintégration ou l'annihilation de particules de matière noire, et/ou on essaie de voir des objets astrophysiques sombres.

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