Come funziona l’universo? Comprendere la nascita dell’universo e il suo destino finale sono i primi passi essenziali per svelare i meccanismi del suo funzionamento. Questo, a sua volta, richiede la conoscenza della sua storia, iniziata con il Big Bang.

Precedenti indagini della NASA con il Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) e il Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) hanno misurato la radiazione dell’universo quando aveva solo 300.000 anni, confermando i modelli teorici della sua prima evoluzione. Con la sua migliorata sensibilità e risoluzione, l’osservatorio Planck dell’ESA ha sondato il cielo a lunga lunghezza d’onda a nuove profondità durante la sua indagine di 2 anni, fornendo nuovi stringenti vincoli sulla fisica dei primi momenti dell’universo. Inoltre, il possibile rilevamento e l’indagine del cosiddetto modello di polarizzazione B-mode sul Cosmic Microwave Background (CMB) impresso dalle onde gravitazionali durante quegli istanti iniziali fornirà indizi su come sono nate le strutture su larga scala che osserviamo oggi.

Le osservazioni con il telescopio spaziale Hubble e altri osservatori hanno mostrato che l’universo si sta espandendo ad una velocità sempre maggiore, implicando che un giorno – in un futuro molto lontano – chiunque guardi il cielo notturno vedrà solo la nostra Galassia e le sue stelle. I miliardi di altre galassie si saranno allontanati al di là del rilevamento da parte di questi futuri osservatori. L’origine della forza che sta spingendo l’universo è un mistero, e gli astronomi si riferiscono ad essa semplicemente come “energia oscura”. Questa nuova componente sconosciuta, che comprende ~68% del contenuto materia-energia dell’universo, determinerà il destino finale di tutti. Determinare la natura dell’energia oscura, la sua possibile storia nel corso del tempo cosmico, è forse la ricerca più importante dell’astronomia per il prossimo decennio e si trova all’intersezione della cosmologia, dell’astrofisica e della fisica fondamentale.

Conoscere come le leggi della fisica si comportano agli estremi dello spazio e del tempo, vicino a un buco nero o a una stella di neutroni, è anche un pezzo importante del puzzle che dobbiamo ottenere se vogliamo capire come funziona l’universo. Gli attuali osservatori che operano alle energie dei raggi X e dei raggi gamma, come il Chandra X-ray Observatory, NuSTAR, il Fermi Gamma-ray Space Telescope e l’XMM-Newton dell’ESA, stanno producendo una grande quantità di informazioni sulle condizioni della materia vicino a sorgenti compatte, in campi di gravità estremi irraggiungibili sulla Terra.