Naše poznatky o vesmíre sa za posledných 100 rokov nepredstaviteľne rýchlo rozšírili. Dnes majú vedci k dispozícii vesmírne sondy a vysoko výkonné teleskopy, ktoré umožňujú nahliadnuť do hlbín vesmíru.
Pri tom sa využívajú všetky spektrá elektromagnetického žiarenia - od rádiových vĺn až po vysokoenergetické gama žiarenie. Pretože každý rozsah spektra otvára vlastné okno do vesmíru. Superpočítače vyhodnocujú toto obrovské množstvo údajov. To umožňuje študovať vesmírne javy všetkého druhu s nevídanou presnosťou. V roku 2015 boli možnosti skúmania doplnené o ďalšiu, úplne novú metódu: vedci na Zemi môžu teraz merať aj gravitačné vlny - a skúmať tak astronomické udalosti, pre ktoré predtým neexistovala žiadna metóda merania.
Virtuálny priestor
Pri doteraz najväčšej a najdetailnejšej simulácii procesov pri vzniku vesmíru IllustrisTNG "kŕmia" výskumníci vysokovýkonný počítač Hazel Hen v Stuttgarte údajmi z počiatočného stavu vesmíru. Superpočítač potom vypočíta vývoj vesmíru za viac ako 13 miliárd rokov. To si vyžaduje 16.000 procesorových jadier ("cores"), ktoré pracujú nepretržite viac ako rok - prepočítané na jeden moderný počítač to zodpovedá výpočtovému času 15.000 rokov. Simulácia v doteraz jedinečnej podobe a presnosti ukazuje výskumníkom rozsiahle súvislosti vo vesmíre, ale aj detaily, ako napríklad toky plynu v galaxiách.
Temná hmota a temná energia
Len veľmi malú časť vesmíru tvoria hviezdy, planéty a iné nebeské telesá, ktoré môžeme pozorovať. Zvyšok – predsa 95 percent - tvorí temná hmota a temná energia.
Temná hmota nie je viditeľná, ale prejavuje sa svojou gravitáciou. Ak by temná hmota neexistovala, viditeľná hmota by sa vo vesmíre musela správať inak. Napríklad by sa museli galaxie ako naša Mliečna dráha potom rozletieť. Temná energia je názov pre efekt, ktorým astronómovia vysvetľujú zrýchlené rozpínanie vesmíru. V dôsledku vzájomného priťahovania hmôt by sa rozpínanie vesmíru malo spomaliť. Avšak opak je nameraný: vesmír sa rozpína čoraz rýchlejšie! To sa dá vysvetliť tým, že vesmír pozostáva z približne 70 percent z temnej energie.
Hľadanie duchovných častíc
Temnú hmotu, ktorá sa vo vesmíre vyskytuje päťkrát častejšie ako "normálna" hmota, nemôžeme priamo vidieť ani merať. Vedci predpokladajú, že sa skladá z doteraz neznámych elementárnych častíc, ktoré len veľmi slabo interagujú s viditeľnou, "normálnou" hmotou. Pomocou CRESST-experimentu hľadajú tieto častice: Pod Gran Sasso, horským masívom v Taliansku, sa nachádza podzemné laboratórium s vysoko citlivými detektormi, ktoré je v každom smere chránené viac ako 1400 metrami skaly. Všetky "normálne" častice, ktoré dopadajú z vesmíru na Zem, sú zachytené horskou hmotou. "Temné" elementárne častice by mali preniknúť cez skalu takmer bez prekážok. Meracie prístroje sú ultračisté kryštály volfrámanu vápenatého ochladené na takmer -273 stupňov Celzia. Keď častica temnej hmoty natrafí na jeden z kryštálov, teplota sa zvýši približne o milióntinu stupňa. Vysoko citlivé teplomery merajú tento minimálny rozdiel.
Veľký tresk
Jednou z najväčších záhad vedy je otázka vzniku vesmíru. Dnes vieme, že vesmír sa rozpína. Vieme tiež akým spôsobom. Spätne videné sa hmota a energia nekonečne komprimujú. A presne tam musí ležať začiatok nášho súčasného vesmíru - čisto matematicky pred 13,8 miliardami rokov. Tento veľký tresk však neopisuje explóziu vo vesmíre. Podľa dnes prevládajúcej teórie je to začiatok priestoru, času a hmoty.
Ako je však možné, že obrovské množstvo hmoty a energie, ktoré vesmír obsahuje, je stlačené do takého malého bodu? Aby veľký tresk - tak ako sa dnes opisuje - fungoval, musí na samom začiatku dôjsť k veľmi krátkemu, extrémne rýchlemu rozpínaniu: inflácia rýchlejšia ako svetlo. Pomocou meracích metód, ktoré sú založené na elektromagnetickom žiarení, sa táto oblasť v blízkosti veľkého tresku nedá preskúmať, ale pomocou gravitačných vĺn áno.
Veľký tresk alebo veľký odraz?
Pri veľkom tresku, podľa súčasnej teórie, vznikol z ničoho priestor, čas a hmota. S dnešnými znalosťami je možné vypočítať všetky procesy približne od jednej miliardtiny sekundy po veľkom tresku. Veľmi krátky, ale mimoriadne dôležitý časový úsek tesne po tresku, ktorý je extrémne dôležitý pre pochopenie, je stále v tme. Tu prichádza na rad výskum Anny Ijjasovej, mladej vedkyne z Inštitútu Maxa Plancka pre gravitačnú fyziku. Cyklický model, na ktorom pracuje, predpokladá, že sa predchádzajúci vesmír pomaly zmršťoval na približne 10-25 cm a potom sa opäť rozširoval. Veľký tresk by bol tak skôr jemným, veľkým odrazom. Potrebnou súčasťou teórie veľkého tresku, ktorú veda zatiaľ nedokázala vysvetliť, je inflácia - extrémne rýchle rozpínanie veľmi krátko po "tresku". Model veľkého odrazu sa zaobíde bez tohto predpokladu.
Gravitačné vlny
Albert Einstein má opäť pravdu: 14. septembra 2015 boli po prvýkrát zmerané gravitačné vlny, 100 rokov po tom, čo ich opísal vo svojej teórii relativity. Čo sú to však gravitačné vlny? Podľa Einsteina zanecháva každá hmota ryhy v štvorrozmernom časopriestore. Ak sa tieto hmoty pohybujú, vznikajú vlny. Tieto vlny sa šíria vo vesmíre rýchlosťou svetla a deformujú pritom priestor.
Neustále vznikajú gravitačné vlny vo vesmíre. Na Zemi ich však možno merať len vtedy, keď sa veľmi veľké masy pohybujú veľmi rýchlo - napríklad pri splynutí dvoch čiernych dier. Presne to sa meralo v septembri 2015. Vyžaduje si to veľmi citlivé meracie prístroje: Dva obrovské interferometre, ktoré zachytávajú signály, sa nachádzajú v USA. Veľká časť vysoko presnej technológie týchto meracích prístrojov a mnohých hodnotiacich programov však pochádza z Nemecka - z Inštitútu Maxa Plancka pre gravitačnú fyziku v Potsdame a Hannoveri.
Galaxie
Galaxie sú "ostrovy svetov" v nekonečnom mori vesmíru. Zhromažďujú sa tu hviezdy, planetárne systémy, mračná, plno prachu, plynné hmloviny a temná hmota. Gravitácia ich drží pohromade. Galaxie majú rôzne štruktúry - od jednoduchých elíps až po veľmi zložité špirálové galaxie s vymedzenými "ramenami", ako je naša Mliečna dráha. Niekoľko galaxií sa nakoniec spojí do skupín a kôp rôznych veľkostí. Najväčšie z týchto kôp galaxií obsahujú niekoľko tisíc galaxií.
Veľká hmlovina v Androméde je nám najbližšia galaxia, približne rovnako veľká ako Mliečna cesta. Je to najvzdialenejší astronomický objekt, ktorý môžeme zo Zeme vidieť voľným okom.
Supernova
Niektoré hviezdy zomierajú veľkolepou smrťou: jasný výbuch masívnej hviezdy na konci jej vývoja sa nazýva supernova. Názov (nova = nový v latinčine) pochádza od Tycha Braheho. V roku 1572 dánsky astronóm spozoroval náhly výskyt veľmi, veľmi jasnej hviezdy tam, kde predtým nebolo vôbec nič vidieť .
Pri výbuchu supernovy sa veľká časť hviezdy premení na energiu a vyžiari sa naraz. Zostane neutrónová hviezda alebo čierna diera. Supernova je obzvlášť pôsobivá, keď masívna tzv. obria hviezda, napríklad červený obor, spotrebuje svoje palivo. Zrúti sa pod vlastnou gravitáciou, pričom sa uvoľní obrovské množstvo energie. Supernova potom môže chvíľu svietiť jasnejšie ako celá galaxia, v ktorej sa nachádza.
