¿Cómo funciona el universo? Entender el nacimiento del universo y su destino final son los primeros pasos esenciales para desvelar los mecanismos de su funcionamiento. Esto, a su vez, requiere conocer su historia, que comenzó con el Big Bang.
Las investigaciones anteriores de la NASA con el Explorador del Fondo Cósmico de Microondas (COBE) y la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) han medido la radiación del universo cuando sólo tenía 300.000 años de edad, confirmando los modelos teóricos de su evolución temprana. Con su sensibilidad y resolución mejoradas, el observatorio Planck de la ESA sondeó el cielo de longitud de onda larga hasta nuevas profundidades durante su estudio de dos años, proporcionando nuevas y estrictas restricciones sobre la física de los primeros momentos del universo. Además, la posible detección e investigación del llamado patrón de polarización en modo B en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) impresionado por las ondas gravitacionales durante esos instantes iniciales proporcionará pistas sobre cómo surgieron las estructuras a gran escala que observamos hoy en día.
Las observaciones con el telescopio espacial Hubble y otros observatorios mostraron que el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez mayor, lo que implica que algún día -en un futuro muy lejano- cualquiera que mire al cielo nocturno sólo verá nuestra galaxia y sus estrellas. Los miles de millones de otras galaxias se habrán alejado más allá de la detección de estos futuros observadores. El origen de la fuerza que empuja el universo es un misterio, y los astrónomos se refieren a ella simplemente como «energía oscura». Esta nueva y desconocida componente, que constituye el 68% del contenido de materia-energía del universo, determinará el destino final de todos. Determinar la naturaleza de la energía oscura, su posible historia a lo largo del tiempo cósmico, es quizás la búsqueda más importante de la astronomía para la próxima década y se encuentra en la intersección de la cosmología, la astrofísica y la física fundamental.
Conocer cómo se comportan las leyes de la física en los extremos del espacio y del tiempo, cerca de un agujero negro o de una estrella de neutrones, es también una pieza importante del rompecabezas que debemos obtener si queremos entender cómo funciona el universo. Los observatorios actuales que operan en energías de rayos X y gamma, como el Observatorio de Rayos X Chandra, NuSTAR, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y el XMM-Newton de la ESA, están produciendo una gran cantidad de información sobre las condiciones de la materia cerca de fuentes compactas, en campos gravitatorios extremos inalcanzables en la Tierra.