Jak działa wszechświat? Zrozumienie narodzin wszechświata i jego ostatecznego losu to niezbędne pierwsze kroki do odkrycia mechanizmów jego działania. To z kolei wymaga wiedzy o jego historii, która rozpoczęła się od Wielkiego Wybuchu.

Poprzednie badania NASA za pomocą Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) i Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) zmierzyły promieniowanie z wszechświata, gdy miał on zaledwie 300 000 lat, potwierdzając teoretyczne modele jego wczesnej ewolucji. Dzięki zwiększonej czułości i rozdzielczości, należące do ESA obserwatorium Planck, podczas dwuletnich badań, zbadało niebo na długich falach do nowych głębokości, dostarczając nowych ścisłych ograniczeń na fizykę pierwszych chwil istnienia wszechświata. Co więcej, ewentualne wykrycie i zbadanie tzw. wzoru polaryzacji w trybie B na kosmicznym mikrofalowym tle (CMB), powstałego w wyniku oddziaływania fal grawitacyjnych w tych początkowych chwilach, dostarczy wskazówek, jak powstały wielkoskalowe struktury, które obserwujemy dzisiaj.

Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów wykazały, że wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie, co sugeruje, że pewnego dnia – w bardzo odległej przyszłości – każdy, kto spojrzy na nocne niebo, zobaczy tylko naszą Galaktykę i jej gwiazdy. Miliardy innych galaktyk oddalą się od nas nie do wykrycia przez tych przyszłych obserwatorów. Pochodzenie siły, która rozpycha wszechświat jest tajemnicą, a astronomowie nazywają ją po prostu „ciemną energią”. Ten nowy, nieznany składnik, który stanowi ~68% zawartości materii-energii we wszechświecie, zadecyduje o ostatecznym losie wszystkich. Określenie natury ciemnej energii, jej możliwej historii w czasie kosmicznym, jest być może najważniejszym zadaniem astronomii na najbliższą dekadę i leży na przecięciu kosmologii, astrofizyki i fizyki fundamentalnej.

Wiedza o tym, jak prawa fizyki zachowują się na krańcach przestrzeni i czasu, w pobliżu czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej, jest również ważnym elementem układanki, który musimy uzyskać, jeśli chcemy zrozumieć, jak działa wszechświat. Obecne obserwatoria działające przy energiach promieniowania rentgenowskiego i gamma, takie jak Chandra X-ray Observatory, NuSTAR, Fermi Gamma-ray Space Telescope oraz należący do ESA XMM-Newton, produkują bogactwo informacji na temat warunków materii w pobliżu zwartych źródeł, w ekstremalnych polach grawitacyjnych nieosiągalnych na Ziemi.