Comment fonctionne l’univers ? Comprendre la naissance de l’univers et son destin ultime sont des premières étapes essentielles pour dévoiler les mécanismes de son fonctionnement. Ceci, à son tour, nécessite la connaissance de son histoire, qui a commencé avec le Big Bang.

Des enquêtes précédentes de la NASA avec l’explorateur du fond diffus cosmologique (COBE) et la sonde d’anisotropie micro-onde de Wilkinson (WMAP) ont mesuré le rayonnement de l’univers alors qu’il n’avait que 300 000 ans, confirmant les modèles théoriques de son évolution précoce. Grâce à sa sensibilité et à sa résolution améliorées, l’observatoire Planck de l’ESA a sondé le ciel à grande longueur d’onde à de nouvelles profondeurs au cours de son enquête de deux ans, fournissant de nouvelles contraintes strictes sur la physique des premiers instants de l’univers. En outre, la détection et l’étude éventuelles du motif de polarisation dit de mode B sur le fond diffus cosmologique (CMB) imprimé par les ondes gravitationnelles au cours de ces instants initiaux fourniront des indices sur la façon dont les structures à grande échelle que nous observons aujourd’hui ont vu le jour.

Les observations effectuées avec le télescope spatial Hubble et d’autres observatoires ont montré que l’univers est en expansion à un rythme toujours croissant, ce qui implique qu’un jour – dans un avenir très lointain – quiconque regarde le ciel nocturne ne verra que notre Galaxie et ses étoiles. Les milliards d’autres galaxies se seront éloignées et ne seront plus détectables pour ces futurs observateurs. L’origine de la force qui pousse l’univers à se séparer est un mystère, et les astronomes l’appellent simplement « énergie sombre ». Cette nouvelle composante inconnue, qui représente environ 68 % du contenu matière-énergie de l’univers, déterminera le sort final de tous. Déterminer la nature de l’énergie noire, son histoire possible au cours du temps cosmique, est peut-être la quête la plus importante de l’astronomie pour la prochaine décennie et se situe à l’intersection de la cosmologie, de l’astrophysique et de la physique fondamentale.

Savoir comment les lois de la physique se comportent aux extrêmes de l’espace et du temps, près d’un trou noir ou d’une étoile à neutrons, est également une pièce importante du puzzle que nous devons obtenir si nous voulons comprendre le fonctionnement de l’univers. Les observatoires actuels fonctionnant aux énergies des rayons X et gamma, tels que l’observatoire Chandra X-ray, NuSTAR, le télescope spatial Fermi Gamma-ray et le XMM-Newton de l’ESA, produisent une multitude d’informations sur les conditions de la matière à proximité des sources compactes, dans des champs de gravité extrêmes inaccessibles sur Terre.