Arizonas Kitt Peaki Rahvusobservatooriumis mõõtsid Vera Rubin ja tema kaastöötaja Kent Ford hulga kaugete galaktikate orbitaalkiirusi. Selleks mõõtsid nad galaktika keskmest mitmesugustel kaugustel asuvate heledate tähekobarate Doppleri nihkeid. Nagu näitab joonis 44-5, on nende tulemused üllatavad – tähtede orbitaalkiirus galaktika nähtaval välisäärel on peaaegu niisama suur kui galaktika keskmele lähedastel tähtedel.

Kui kogu galaktika mass asuks nähtavat valgust kiirgavates allikates, siis peaks kiiruste jaotust kirjeldama joonisel 44-5 kujutatud pidev kõver. Rubini ja Fordi mõõtmistest saadud kõver on aga teistsugune. See erineb ka kiiruste jaotusest meie Päikesesüsteemis. Näiteks on Pluto (Päikesest kaugeim planeet) orbitaalkiirus ainult üks kümnendik Merkuuri orbitaalkiirusest (Päikesele lähim planeet).

Ainus Newtoni mehaanikaga kooskõlas olev seletus Rubini ja Fordi mõõtmistulemustele on see, et tüüpiline galaktika sisaldab palju rohkem ainet kui me näeme. Tuleb välja, et nähtav (valgust kiirgav) aine moodustab galaktika kogumassist ainult umbes 5 kuni 10%. Lisaks galaktikate pöörlemise uurimistele viisid ka paljud teised vaatlused järeldusele, et universumis on külluses ainet, mida me ei saa näha. Seda nähtamatut ainet kutsutakse tumeaineks ehk varjatud aineks, sest see kas ei kiirga valgust või on selle valgus liiga nõrk, et me seda registreerida saaksime.

Tavalist ainet (nagu näiteks tähti, planeete, tolmu ja molekule) nimetatakse sageli barüonaineks, sest selle mass on põhiliselt prootonite ja neutronite (barüonide) kogumass. (Elektronide massi ei arvestata, sest see on prootonite ja neutronite massidega võrreldes tühiselt väike). Mingi osa tavalisest ainest, nagu näiteks kustunud tähed ja tuhm tähtedevaheline gaas, kuulub galaktika tumeaine hulka.

Kuid vastavalt mitmetele arvutustele on see tume normaalne aine vaid väike osa kogu tumeainest. Ülejäänud suuremat osa kutsutakse mittebarüoniliseks tumeaineks, sest see ei sisalda prootoneid ja neutroneid. Me teame ainult ühte võimalikku tumeaine osakest – neutriinot. Kuigi neutriinode mass on prootonite ja neutronite massiga võrreldes väga väike, on neutriinode hulk galaktikas tohutu ning nende kogumass on suur. Ometi näitavad arvutused, et neutriinode kogumass pole piisav seletamaks mittebarüonilise tumeaine kogumassi. Kuigi elementaarosakeste leidmine ja uurimine on kestnud rohkem kui sada aastat, pole veel avastatud osakesi, mis võiksid moodustada seda tüüpi tumeaine, ja vastavate osakeste olemus on tundmatu. Meil pole nendega muud kogemust kui see, et need peavad olema tavaliste osakestega vastastikmõjus ainult gravitatsiooni kaudu.