​La matière noire (ou transparente) a été introduite par cohérence avec les estimations de masses des galaxies à partir des observations astronomiques. De nature totalement inconnue, elle serait environ cinq fois plus abondante que la matière ordinaire.

Quelles sont les propriétés de cette matière noire ? Les observations excluent clairement une matière noire « chaude », c'est-à-dire animée d'une vitesse très proche de celle de la lumière à l'époque de la formation des structures de l'Univers. Cependant la théorie associée à la matière noire froide souffre de plusieurs désaccords avec les observations. Les cosmologistes ont donc élaboré des alternatives, parmi lesquelles les matières noires « tiède » (WDM, Warm Dark Matter) et « ultra-légère » (FDM, Fuzzy Dark Matter). WDM est compatible avec une quatrième famille hypothétique de neutrinos dite stériles tandis que FDM s'accorde bien avec la théorie des cordes.

Les physiciens de l'Irfu ont voulu tester ces deux théories en étudiant les grandes structures de l'Univers. Pour cela, ils ont réalisé, au  TGCC (Très grand centre de calcul du CEA), des simulations numériques de la formation de grandes structures de l'Univers, pour différents scénarios de matière noire : froide, tiède et ultra-légère.

Pour les confronter aux observations, ils ont choisi des sources lointaines et très brillantes, les quasars, qui « illuminent » le gaz intergalactique nous séparant d'eux. Leur attention s'est portée sur l'hydrogène qu'ils ont pu analyser grâce à son spectre d'absorption, appelé « forêt Lyman-α ». Et à partir des relevés Boss (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) auprès du télescope Sloan aux États-Unis et XQ100 auprès du VLT (Very Large Telescope) au Chili, ils ont pu reconstruire les grandes structures de l'Univers à une échelle pertinente.

Résultat : le meilleur ajustement est obtenu pour la matière noire froide. Grâce à des analyses statistiques détaillées des nombreuses incertitudes, ils ont pu obtenir les meilleures contraintes à ce jour sur les propriétés des neutrinos stériles, qui restent hypothétiques à ce jour.