Om en utomjording lyckades besöka vårt universum från en parallell verklighet är chansen stor att de inte ens skulle märka att vi finns.

På sätt och vis är det uppenbart: universum är enormt och vår planet är bara en liten blekblå prick. Men det är värre än så: utomjordingarna kanske inte ens märker alla stjärnor och planeterna som kretsar kring dem. De skulle till och med kunna missa de enorma stoftmoln som svävar genom rymden.

Alla dessa välkända saker utgör bara en bråkdel av materian i vårt universum. Resten är något annat, ett material som ingen på jorden någonsin har sett.

I brist på ett bättre namn kallar fysikerna detta material för ”mörk materia”. Om det inte fanns där skulle galaxerna flyga isär. Ingen vet vad det är, men fysikerna är ivrigt på spåren.

Allt du ser omkring dig, från din egen kropp till planeten du står på och stjärnorna på himlen, är gjort av atomer. Dessa består i sin tur av mindre partiklar som protoner och neutroner, varav många kan delas upp ännu mer.

När fysikerna började förstå atomernas uppbyggnad i början av 1900-talet verkade det som om vi var på väg att förstå grunden för all materia i universum.

Men 1933 började en schweizisk astronom vid namn Fritz Zwicky hävda att större delen av universum måste bestå av något helt annat.

Zwicky räknade upp allt material som han kunde observera i grupper av galaxer. Han fann att det inte fanns tillräckligt med materia där för att förklara gravitationskraften som håller ihop dem.

Detta var en galen teoretiker som inte kunde få sina krafter att gå ihop

De galaxer som Zwicky observerade snurrade också så snabbt att de borde ha slungats iväg och spridits ut i alla hörn av universum, säger Richard Massey vid Durham University i Storbritannien. Varje galax var som en karusell som snurrar för fort: alla ryttare skulle slungas av.

Zwicky insåg att det måste finnas något annat där, som han inte kunde observera direkt, men som hade en tillräckligt stark gravitationskraft för att hålla ihop allting. Han sade att denna okända form av materia var ”mörk”.

På den tiden betraktades han som excentrisk och hans teorier togs inte på allvar. ”Det här var en galen teoretiker som inte kunde få sina krafter att gå ihop och därför uppfann han en helt ny form av materia”, säger Massey.

Zwickys arbete var i stort sett bortglömt fram till 1970-talet, då astronomen Vera Rubin upptäckte att närliggande galaxer inte snurrade på rätt sätt.

Något måste ha funnits där för att hindra dessa stjärnor från att flyga iväg

I vårt solsystem gäller en enkel regel. Ju längre en planet befinner sig från solen, desto svagare är gravitationens grepp. Som ett resultat kommer denna planet att röra sig långsammare och ta längre tid på sig att fullborda en omloppsbana.

Samma logik borde gälla för stjärnor som kretsar kring centrum av en galax. De stjärnor som befinner sig längst bort borde röra sig långsammast eftersom gravitationens grepp försvagas.

Istället fann Rubin att de stjärnor som befinner sig längst bort rör sig lika snabbt som närliggande stjärnor.

Något måste ha funnits där för att hindra dessa stjärnor från att flyga iväg. Zwicky hade trots allt varit på rätt spår.

Astronomer tror nu att mörk materia har varit grundläggande för att skapa universum som vi känner det.

Mörk materia är som vinden: vi kan inte direkt se den, men vi vet att den finns där

För nästan 14 miljarder år sedan, ögonblickligen efter Big Bang, började universum expandera snabbt och galaxkluster började bildas.

Hur som helst expanderade inte universum så snabbt att alla dessa galaxer flög iväg till avlägsna hörn. Det beror på att mörk materia förankrar allting tillsammans, trots att den är osynlig.

På ett sätt är mörk materia som vinden: vi kan inte direkt se den, men vi vet att den finns där. Dessutom finns det mycket av den: ungefär 25 % av universum.

Förvirrande nog sägs det ibland att mörk materia utgör ungefär 80 % av all materia i universum. Det beror på att endast 30 % av universum består av materia, och det mesta av den är mörk materia. Resten är energi.

På 1980-talet kom de första solida bevisen för mörk materia.

Den mörka materian är det skelett på vilket den vanliga materian hänger

Till exempel utförde en grupp under ledning av Marc Davis från Harvard University 1981 en av de första galaktiska kartläggningarna. De insåg att galaxerna inte var ordnade i ett enhetligt mönster. De är ”inte bara utspridda som glasyr på en tårta”, säger Carlos Frenk vid universitetet i Durham i Storbritannien.

Istället samlas galaxerna i stora kluster, som vart och ett innehåller hundratusentals galaxer. Dessa bildar invecklade mönster som kallas ”den kosmiska väven”. Denna väv binds samman av mörk materia.

Med andra ord är mörk materia det skelett som vanlig materia hänger på, säger Carolin Crawford vid University of Cambridge i Storbritannien. ”Vi vet att den behövde finnas i det tidiga universum. Det är avgörande att få ihop det som sedan kommer att utveckla de strukturer som vi ser.”

Upptäckten av dessa kluster orsakade en sensation, säger Frenk. Davis, hans chef på den tiden, utmanade honom att ta reda på varför galaxerna var ordnade på detta sätt.

När Frenk började sitt sökande upptäckte han att någon påstod sig ha slagit honom. År 1980 hade en rysk grupp under ledning av VA Lyubimov lagt fram en möjlig förklaring till mörk materia. De föreslog att den bestod av neutriner.

Vi fann att ett universum med varm mörk materia inte såg ut som ett verkligt universum

Det var ganska logiskt. Neutrinos är mörka, spöklika partiklar som knappt interagerar med något annat. Forskarna föreslog att den kombinerade massan av alla neutriner i universum skulle kunna förklara den saknade massan.

Det fanns ett problem. Neutrinos är ”varm mörk materia”, vilket innebär att de är lätta och därför kan röra sig snabbt. När Frenk simulerade ett kosmos fullt av varm mörk materia fann han att det inte kunde fungera.

”Till vår stora besvikelse fann vi att ett universum med varm mörk materia inte alls såg ut som ett verkligt universum”, säger Frenk. ”Det var vackert men inte ett sådant som vi lever i. Det fanns en enorm superkluster av galaxer, som vi visste inte existerade.”

Den mörka materian måste i stället vara kall och långsamt rörlig. Nästa steg var att ta reda på var denna kalla mörka materia finns.

Och även om vi inte kan se den direkt gör den mörka materian en sak för att avslöja sig själv. Den böjer ljuset som passerar genom den. Det är lite som när ljuset lyser genom en simbassäng eller ett frostat badrumsfönster.

Vi har åtminstone en ungefärlig uppfattning om var den mörka materian finns

Effekten kallas ”gravitationslinsning” och kan användas för att ta reda på var molnen av mörk materia finns. Med hjälp av denna teknik skapar forskarna kartor över universums mörka materia.

För tillfället har de bara kartlagt en bråkdel. Men teamet bakom ett sådant projekt har ambitiösa mål och hoppas kunna kartlägga en åttondel av vårt universum, vilket motsvarar miljontals galaxer. För att sätta detta i ett sammanhang kan man säga att vår egen galax, Vintergatan, innehåller miljarder stjärnor och kanske så många som 100 miljarder planeter.

För tillfället är dessa kartor för grova för att visa några detaljer. Det är som att säga att man har en grundläggande uppfattning om kontinenterna på jorden, men det man egentligen är intresserad av är formerna på bergen och sjöarna, säger Gary Prezeau vid Nasas Jet Propulsion Laboratory vid California Institute of Technology.

Tillbaka har vi åtminstone en grov uppfattning om var den mörka materian finns. Men vi vet fortfarande inte vad det är.

Flera idéer har lagts fram, men just nu är det mest populära förslaget att den mörka materian består av en ny typ av partikel, som förutspås i teorin men som aldrig upptäckts. De kallas WIMPs: Weakly Interacting Massive Particles.

Termen ”WIMP” är bara ett slagord och skulle kunna inkludera många olika typer av partiklar

WIMPs är svaga i alla bemärkelser, säger Anne Green vid University of Nottingham i Storbritannien. För det första interagerar de knappt med varandra, än mindre med normal materia. När du slår mot en vägg kolliderar din hand med den, men när en WIMP slår mot en vägg eller sig själv passerar den vanligtvis rakt igenom.

Den andra delen av akronymen talar för sig själv. WIMP:er har mycket massa, även om de inte nödvändigtvis är stora. De kan väga hundratals eller tusentals gånger mer än en proton, säger Green.

Saken är den att vi inte vet.

Tecknet ”WIMP” är bara ett slagord och skulle kunna inkludera många olika typer av partiklar, säger Massey. Vad värre är, eftersom de antas vara så spöklika är de extremt svåra att upptäcka.

I det här läget kanske du slår upp armarna i frustration. ”Först bestämde de sig för att det finns all denna osynliga materia, nu har de bestämt sig för att den är gjord av någon ny sorts saker som de inte kan upptäcka! Det här är löjligt.” Tja, du är inte den första som säger det.

Sedan 1983 har vissa fysiker hävdat att mörk materia inte alls existerar. Istället måste gravitationslagarna som vi känner till dem vara felaktiga, och det är därför som galaxer beter sig så konstigt. Denna idé kallas MOND, en förkortning för ”Modified Newtonian Dynamics”.

Den som vill uppfinna en ny gravitationsteori måste göra något bättre än Einstein

”Vi tolkar alla dessa karuseller i universum, hur de susar runt och dras runt av gravitationen, under förutsättning att vi vet hur gravitationen fungerar”, säger Massey. ”Kanske har vi missuppfattat gravitationen och misstolkar bevisen.”

Problemet, säger Massey, är att MOND-anhängarna inte har kommit med ett livskraftigt alternativ till mörk materia: deras idéer kan inte förklara uppgifterna. ”Den som vill uppfinna en ny gravitationsteori måste göra det bättre än Einstein och förklara allt som han kunde förklara och även redogöra för den mörka materian.”

2006 publicerade NASA en spektakulär bild som för många forskare tog död på MOND för gott.

Bilden visar två enorma kluster av galaxer som kolliderar. Eftersom det mesta av materian syns tydligt i centrum är det där man skulle förvänta sig att det mesta av gravitationen finns.

Det finns tre olika sätt att hitta mörk materia

Men i de yttre regionerna syns ljus som också böjs av gravitationen, vilket antyder att det finns en annan form av materia i dessa områden. Bilden hyllades som ett direkt bevis för att mörk materia existerar.

Om det stämmer är vi tillbaka där vi var. Utmaningen är att hitta mörk materia när vi inte vet vad vi letar efter.

Det kan låta värre än det gamla nål i en höstack-problemet, men i själva verket finns det tre olika sätt att hitta den.

Det första sättet är att observera mörk materia i aktion i kosmos. Genom att övervaka hur den beter sig med hjälp av de befintliga ”kartorna” över mörk materia kan astronomer kanske upptäcka en tillfällig krasch.

De hittade ett område i vår galax Vintergatan som tycks glöda av gammastrålar

Partiklar av mörk materia passerar vanligen genom normal materia. Men det stora antalet gör att några av dem mycket sällan kolliderar med kärnan i en atom.

När detta händer ”sparkar” den mörka materian atomen, vilket får den att rekylera tillbaka som en biljardboll. Denna kollision bör skapa gammastrålar: extremt högenergiljus. Vid dessa sällsynta tillfällen kan ”mörk materia lysa”, säger Frenk.

”Det finns experiment för direkt upptäckt som letar efter dessa nukleära rekylar”, säger Green.

In 2014 hävdade forskare med hjälp av data från NASA:s kraftfulla Fermi-teleskop att de hade upptäckt gammastrålar från dessa kollisioner. De hittade ett område i vår Vintergatan som tycks glöda av gammastrålar, möjligen från mörk materia.

Mönstren stämmer in på teoretiska modeller, men det är fortfarande oklart om gammastrålarna verkligen kommer från mörk materia. De kan också ha kommit från energirika stjärnor som kallas pulsarer, eller från stjärnor som kollapsar.

Som kolliderar med normal materia kan mörk materia ibland stöta in i sig själv, och det finns ett sätt att se det också.

Det går inte att ta tag i ett moln av mörk materia i storlek med en galax och lägga det under ett mikroskop.

Masseys grupp har nyligen övervakat galaxer som slår in i varandra. De förväntade sig att all mörk materia i galaxerna skulle passera rakt igenom, men i stället bromsade en del av den upp och hängde efter den galax som den tillhörde.

Detta tyder på att den hade interagerat med annan mörk materia. ”Om den gjorde det är det det första beviset på att den bryr sig bara en liten bit om resten av världen”, säger Massey.

Båda dessa metoder har en stor nackdel: man kan inte ta ett moln av mörk materia i galaxstorlek och lägga det under ett mikroskop. De är för stora och för långt borta.

Så ett andra sätt att upptäcka mörk materia skulle vara att skapa den först.

Fysikerna hoppas kunna göra just det med hjälp av partikelkollidatorer, som till exempel Large Hadron Collider (LHC) i Genève i Schweiz.

LHC slår ihop protoner med en hastighet som ligger nära ljusets. Dessa kollisioner är tillräckligt kraftfulla för att bryta ner protonerna i deras beståndsdelar. LHC studerar sedan detta subatomära skräp.

Under dessa kraftfulla kollisioner kan nya partiklar som WIMPs mycket väl upptäckas, säger Malcolm Fairbairn vid Kings College London i Storbritannien.

”Om WIMPs verkligen utgör den mörka materian och vi upptäcker dem vid LHC har vi goda möjligheter att ta reda på vad den mörka materian i universum består av”, säger han.

Hursomhelst, om den mörka materian inte är som en WIMP kommer LHC inte att upptäcka den.

Vetenskapsmännen väntar på de sällsynta tillfällen då WIMP:er kolliderar med normal materia

Det finns en annan svårighet. Om LHC skapar en del mörk materia skulle den faktiskt inte registreras på dess detektorer.

Istället skulle systemet kunna hitta en grupp partiklar som rör sig i en riktning men ingenting i den andra, säger Fairbairn. Det enda sättet som detta skulle kunna hända är om det fanns något annat i rörelse som detektorerna inte kunde registrera. ”Det skulle då kunna vara en partikel av mörk materia.”

Om även detta misslyckas har fysikerna ett tredje alternativ att falla tillbaka på: att resa djupt under jorden.

I gamla gruvor och inne i bergen väntar forskarna på de sällsynta tillfällen då WIMP:er kolliderar med normal materia – samma typ av kollisioner som Fermi-teleskopet kan ha observerat i rymden.

Biljoner partiklar av mörk materia passerar genom oss varje sekund. ”De finns på ditt kontor, i ditt rum, överallt”, säger Frenk. ”De passerar genom era kroppar med en hastighet av miljarder per sekund och ni känner ingenting.”

Det har förekommit en del falska larm på vägen

I teorin borde vi kunna upptäcka de små blixtarna av gammastrålar från dessa kollisioner. Problemet är att massor av andra saker också passerar igenom, bland annat strålning i form av kosmisk strålning, och detta överröstar signalen från den mörka materian.

Därav de underjordiska experimenten: stenarna ovanför blockerar det mesta av strålningen, men släpper igenom den mörka materian.

Här långt är de flesta fysiker överens om att vi ännu inte har sett några övertygande signaler från dessa detektorer. I en artikel som publicerades i augusti 2015 förklaras att XENON100-detektorn i Italiens Gran Sasso National Laboratory inte har lyckats hitta något.

Det har funnits några falska larm på vägen. Ett annat team från samma laboratorium som använder en annan detektor har i åratal hävdat att deras DAMA-experiment hade upptäckt mörk materia. De verkar faktiskt ha hittat något, men de flesta fysiker säger att det inte är en WIMP.

En av dessa detektorer, eller LHC, kan ännu hitta någon mörk materia. Men att hitta den på ett ställe kommer inte att räcka.

Det är en ödmjuk påminnelse om hur långt vi fortfarande har kvar innan vi verkligen förstår vårt universum

”I slutändan måste vi upptäcka mörk materia på mer än ett sätt för att vara säkra på att det vi observerar i laboratoriet är samma sak som flyger runt i galaxer”, säger Fairbairn.

För tillfället förblir större delen av vårt universum mörkt, och det är oklart hur länge det kommer att förbli så.

En del kosmologer, bland annat Frenk, är hoppfulla om att vi kommer att få några svar under det kommande decenniet. Andra, som Green, är mindre övertygade. Om LHC inte hittar något snart, säger hon, letar vi förmodligen efter fel sak.

Det har gått över 80 år sedan Zwicky först föreslog existensen av mörk materia. Under hela den tiden har vi inte kunnat få tag på ett prov eller fastställa vad det är.

Det är en ödmjuk påminnelse om hur långt vi fortfarande har kvar att gå innan vi verkligen förstår vårt universum. Vi kan förstå alla möjliga saker, från universums början till livets utveckling på jorden. Men det mesta av vårt universum är fortfarande en svart låda vars hemligheter väntar på att bli upplöst.

Melissa Hogenboom är BBC Earths feature writer, hon är @melissasuzanneh på twitter.

Följ BBC Earth på Facebook, Twitter och Instagram.