天文学上の未解決問題
暗黒物質: 暗黒物質とは何ものか。 暗黒物質は素粒子か。 暗黒物質は最も軽い超対称性パートナー(LSP)か。 銀河の回転曲線問題など、暗黒物質に起因するとされる現象は、何らかの形の物質ではなく、修正重力理論を示すものではないのか。
暗黒エネルギー: 観測される宇宙の加速膨張(ド・ジッター期)の原因は何か。 暗黒エネルギーのエネルギー密度と、物質のエネルギー密度は、時間に対して全く異なる変化をしているのに、なぜ現在に限って同水準なのか。たまたま、正にその瞬間を観測できているだけなのか。 暗黒エネルギーは、純粋な宇宙定数なのか、それともファントムエネルギーのようなクインテッセンスモデルによるものか。
バリオン非対称性: 観測可能な宇宙に反物質よりもはるかに多くの物質があるのはなぜか。
宇宙定数問題: なぜ真空の零点エネルギーは大きな宇宙定数を生じないのか。それを打ち消すものは何か。
宇宙の大きさと形: 観測可能な宇宙の直径は約930億光年であるが、宇宙全体の大きさは何か。 共動空間、つまり、宇宙の共動座標系の空間成分の3次元多様体、俗に宇宙の「形」と呼ばれるものは何か。 曲率もトポロジーも未知だが、観測可能なスケールでは曲率が0に「近い」ことはわかっている。インフレーション理論では、宇宙の形は計測不能であろうと予想されているが、2003年以降、ジャン=ピエール・ルミネらを始めいくつかのグループがポアンカレの十二面体空間ではないかと予想している。宇宙の形は、計測不能なのか、ポアンカレ空間なのか、それとも別の3次元多様体か。
宇宙のインフレーション: 初期宇宙におけるインフレーション理論は正しいか。
太陽系はどのくらい珍しいのか: 観測された惑星系には、恒星に非常に近い軌道を周回するスーパーアースとホット・ジュピター(水星よりもさらに近い)が含まれている。木星のような軌道にある木星のような惑星を持つ惑星系はまれであるように見える。これは、系外惑星の観測が難しいことによりデータの不足によるものか、あるいはグランド・タック・モデルによって説明することができるか。