Un nuage géant de matière invisible agit comme un miroir déformant — il dévie la lumière d'une galaxie lointaine. Grâce à ces distorsions, les astronomes peuvent peser le nuage et sonder ses entrailles. C'est ainsi, à l'aide d'une lentille gravitationnelle naturelle portant le code JVAS B1938+666, que des scientifiques sont tombés sur une bizarrerie : à l'intérieur de la lentille se cache un objet d'une masse d'un million de soleils, mais comprimé dans un volume étonnamment petit. Comme une minuscule grenaille de plomb au cœur d'une boule de coton moelleuse.
Les auteurs de l'étude ont vérifié si un tel noyau pouvait se former à partir de matière noire ordinaire. La réponse est non — seulement si l'on suppose que les particules de matière noire entrent parfois en collision et échangent de l'énergie, comme des boules de billard. Le nuage se met alors à « chauffer » de l'intérieur, et sa partie centrale se comprime davantage — un noyau dense secondaire apparaît, exactement comme celui observé dans la lentille. Ce processus est appelé effondrement profond du noyau, et il est prédit naturellement par les modèles de matière noire auto-interagissante.
Une autre possibilité : un trou noir de masse intermédiaire aurait pu s'engouffrer dans le nuage froid ordinaire et tasser la matière autour de lui. Mais pour ajuster le résultat aux observations, le trou noir aurait dû d'abord grossir dans une galaxie naine satellite, puis perdre presque toute sa masse — cent mille fois ! — lorsqu'il a été dépouillé par les forces de marée de la galaxie-lentille principale. Une telle scénario est-il possible dans le cosmos réel ? On l'ignore encore. En revanche, la matière noire auto-interagissante résout le problème sans forcer.
Les lentilles gravitationnelles fonctionnent comme de gigantesques télescopes naturels : un objet massif au premier plan courbe et amplifie la lumière d'une source lointaine, permettant d'observer des détails inaccessibles à tout instrument.
Si la matière noire peut effectivement entrer en collision, il pourrait exister au centre des galaxies des « étoiles » invisibles de matière noire — des objets qui n'émettent pas de lumière mais se trahissent par leur gravité. Cette idée est exploitée dans le roman de Stephen Baxter, « Le Radeau ».