За последние 100 лет наши знания о Вселенной выросли с невероятной скоростью. Сегодня ученые располагают космическими зондами и высокопроизводительными телескопами, которые позволяют заглянуть в глубины Вселенной. При этом используются все области электромагнитного излучения – от радиоволн до высокоэнергетического гамма-излучения. Ведь каждый спектральный диапазон открывает свое собственное окно во Вселенную. Суперкомпьютеры обрабатывают огромные объемы данных. Таким образом, можно исследовать всевозможные космические явления с невиданной ранее точностью.

Темная материя и темная энергия
Вселенная лишь на очень небольшую часть состоит из звезд, планет и других небесных тел, которые мы можем наблюдать. Остальная часть — а это целых 95 процентов — представляет собой темную материю и темную энергию.
Темная материя невидима, но ее присутствие ощущается благодаря гравитации. Если бы темной материи не было, галактики, такие как наша Млечная Путь, разлетелись бы в разные стороны.
Темная энергия — это термин, которым астрономы объясняют ускоренное расширение Вселенной. Из-за взаимного притяжения масс Вселенная должна была бы замедлить свое расширение. Однако наблюдается обратное: Вселенная расширяется все быстрее! Это можно объяснить только тем, что Вселенная примерно на 70 процентов состоит из темной энергии, то есть формы энергии, которую мы не можем измерить.

• 26,8 % темной материи
• 4,9 % обнаруживаемых материи и энергии (из которых только 1 % видимый)
• 68,3 % темной энергии

Поиск частиц-призраков
Темная материя, которой во Вселенной в пять раз больше, чем «нормальной» материи, – это то, что мы не можем ни увидеть, ни измерить напрямую. Исследователи подозревают, что она состоит из ранее неизвестных элементарных частиц, которые лишь очень слабо взаимодействуют с видимой, «нормальной» материей. Они ищут эти частицы под Гран-Сассо, горным хребтом в Италии. Там есть подземная лаборатория с высокочувствительными детекторами, защищенными во всех направлениях более чем 1400 метрами скальных пород. Все «нормальные» частицы, попадающие на Землю из космоса, перехватываются материей горы «Темные» элементарные частицы, напротив, должны проникать через породу практически беспрепятственно и регистрироваться измерительными приборами.

Два исследователя устанавливают детектор в подземной лаборатории Гран-Сассо.

© Астрид Эккерт

Изображение черной дыры
Черные дыры поглощают весь свет. Поэтому сфотографировать черную дыру практически невозможно. Теоретически, необходимый для этого телескоп должен иметь размер, примерно равный диаметру Земли. В 2017 году в рамках международного проекта восемь радиотелескопов, расположенных на половине земного шара, будут объединены в один виртуальный телескоп – Event Horizon Telescope (EHT). Сигналы отдельных антенн будут синхронизированы с точностью до наносекунды. Огромные объемы измеренных данных будут обработаны в Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне и в Массачусетском технологическом институте в Бостоне. В 2019 году наконец-то будет представлена эта фотография. На ней запечатлена особо массивная черная дыра в центре гигантской галактики M87.

Первое в мире непосредственное изображение черной дыры.

© Сотрудничество с проектом EHT

Виртуальная Вселенная
Для создания самой большой и детализированной симуляции процессов возникновения Вселенной исследователи «питают» высокопроизводительный суперкомпьютер Hazel Hen в Штутгарте данными о начальном состоянии космоса. Суперкомпьютер рассчитывает на их основе развитие Вселенной на протяжении более 13 миллиардов лет. На это у него уходит более года — в пересчете на один современный ПК это соответствует 15 000 лет вычислительного времени. В уникальной форме и с беспрецедентной точностью симуляция Illustris TNG показывает исследователям как крупномасштабные взаимосвязи во Вселенной, так и такие детали, как потоки газа в галактиках.

Коллаборация Illustris TNG