Η πλέον καθιερωμένη εικόνα για την δημιουργία του Σύμπαντος είναι αυτή της Μεγάλης Έκρηξης. Το μοντέλο αυτό υπαγορεύει ότι χωροχρόνος είναι αρχικά πακτωμένος σε ένα σημείο άπειρης θερμοκρασίας και πυκνότητας, στη συνέχεια διαστέλλεται απότομα και τελικά, περίπου 13.7 δις χρόνια αργότερα, δημιουργεί τις δομές που παρατηρούμε σήμερα.

Απαραίτητο συστατικό του μοντέλου της Μεγάλης Έκρηξης είναι ο πληθωρισμός. Μία όχι καλά κατανοητή διαδικασία που πιστεύεται ότι διήρκεσε απειροελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου (10^-32 για την ακρίβεια) και κατά την οποία το μέγεθος του Σύμπαντος αυξήθηκε εκθετικά. Χωρίς τον πληθωρισμό η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης αδυνατεί να εξηγήσει βασικά παρατηρησιακά χαρακτηριστικά του Σύμπαντος, όπως η ομοιογένεια και η ομοιομορφία του. Η μικροκυματική ακτινοβολία παραδείγματος χάρη, που αποτελεί εικόνα του Σύμπαντος 300 χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, έχει την ίδια ένταση σε διαφορετικές περιοχές του ουρανού με ακρίβεια 5 δεκαδικών ψηφίων!


Παρά το γεγονός ότι ο πληθωρισμός εξηγεί επιτυχώς τη σημερινή μορφή του Σύμπαντος, δεν είναι πλήρως κατανοητό τι τον πυροδοτεί. Όλες όμως οι θεωρίες που έχουν προταθεί για να εξηγήσουν τον πληθωρισμό έχουν ως αναπόφευκτη συνέπεια τη δημιουργία πολλαπλών κόσμων: φούσκες ύλης και ενέργειας μέσα στις οποίες η εκθετική διαστολή σταματά και εξελίσσονται σε Σύμπαντα όπως το δικό μας, ενώ ο χωροχρόνος γύρω τους συνεχίζει αέναα την πληθωριστική του διαστολή.

Η δημιουργία πολλαπλών συμπάντων είναι τόσο θεμελιώδης στις θεωρίες του πληθωρισμού που οι επιστήμονες επιθυμούν να επαληθεύσουν την ύπαρξη τους παρατηρησιακά. Κάτι τέτοιο είναι φαινομενικά αδύνατο. Όμως, σε πρόσφατη μελέτη, ομάδα αστρονόμων ισχυρίζεται ότι ανακάλυψε διακυμάνσεις σε παρατηρήσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας που μπορούν να ερμηνευθούν ως ένδειξη ύπαρξης άλλων κόσμων.

Σε κάποιες πληθωριστικές θεωρίες οι συγκρούσεις ανάμεσα σε γειτονικά Σύμπαντα είναι επιτρεπτές. Αν κάτι τέτοιο συμβεί, δημιουργούνται ανομοιογένειες οι οποίες αποτυπώνονται ως διακυμάνσεις με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου του κάθε Σύμπαντος που συμμετέχει στη σύγκρουση. 

Πραγματικά δεδομένα της έντασης της μικροκυματικής ακτινοβολίας από το δορυφόρο WMAP της NASA που δείχνουν τις 4 περιοχές με χαρακτηριστικά συμβατά με τις προβλέψεις της θεωρίας σύγκρουσης του δικού μας Σύμπαντος με άλλα.

Η ομάδα των αστρονόμων βασίστηκε σε αυτή την παρατηρησιακά επαληθεύσιμη πρόβλεψη της θεωρίας και έψαξε για το χαρακτηριστικό σήμα της σύγκρουσης σε δεδομένα από το δορυφόρο Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA, οποίος χαρτογραφεί από το 2001 την ένταση της μικροκυματικής ακτινοβολίας που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Εντόπισαν 4 περιοχές του ουρανού (βλέπε σχήμα) στις οποίες οι διακυμάνσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας είναι συμβατές με τις προβλέψεις της θεωρίας. 

Αν και η ανακάλυψη είναι δυνατό να φέρει επανάσταση στη κοσμολογία, οι επιστήμονες που  έκαναν την ανάλυση παραμένουν συγκρατημένοι. Παραδέχονται ότι υπάρχουν και άλλες θεωρίες που ίσως να μπορούν να ερμηνεύσουν τις διακυμάνσεις που εντόπισαν. Περιμένουν  τα υψηλότερης ποιότητας μικροκυματικά δεδομένα από τον νέο δορυφόρο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος για να επαληθεύσουν ή όχι την ανακάλυψη τους. 

Οι αστρονόμοι δεν έχουν αναπτύξει ακόμη μια ικανοποιητική θεωρία για τη δημιουργία των πλανητών του Ηλιακού συστήματος. Ενώ γνωρίζουμε ότι σχηματίσθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα με τον Ήλιο κατά τη βαρυτική συστολή ενός γιγάντιου νέφους αερίου και σκόνης, οι λεπτομέρειες παραμένουν άγνωστες. Το καθιερωμένο σενάριο (εικόνα δεξιά) υποστηρίζει ότι κατά τη κατάρρευση του αέριου νέφους παράγονται στερεά συσσωματώματα ύλης, μικρές πέτρες μερικών εκατοστών, οι οποίες  συνενώνονται σε πλανητοειδή με μέγεθος μερικά χιλιόμετρα, τα οποία με τη σειρά τους συνενώνονται και εξελίσσονται σε κανονικού μεγέθους πλανήτες. Στο μοντέλο αυτό η δημιουργία είναι ιεραρχική: μικρότερες συγκεντρώσεις ύλης αυξάνουν σταδιακά τη μάζα τους σχηματίζοντας ολοένα και μεγαλύτερα αντικείμενα. Η θεωρία αυτή, παρά το γεγονός ότι έχει εδραιωθεί, αντιμετωπίζει θεμελιώδη προβλήματα.

Η φύση της σκοτεινής ύλης αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της επιστημονικής κοινότητας σήμερα. Αν και αποτελεί το μεγαλύτερο κομμάτι της μάζας του Σύμπαντος, σχεδόν 80%, γνωρίζουμε πολύ λίγα για αυτήν καθώς δεν εκπέμπει ακτινοβολία όπως η κοινή (φωτεινή) ύλη. Η ύπαρξη της μπορεί να διαπιστωθεί μόνο έμμεσα από τη βαρυτική επίδραση που έχει στην φωτεινή ύλη, την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε. 

Πρόσφατα οι αστρονόμοι έκαναν ένα ακόμη βήμα στη μελέτη της σκοτεινής ύλης. Βρήκαν ότι η κατανομή της στο Γαλαξία μας κάθε άλλο από ομοιόμορφη είναι. Κάποιες περιοχές έχουν σημαντικά μεγαλύτερη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης από άλλες. Οι διαφορές πιστεύεται ότι οφείλονται στο Γαλαξιακό κανιβαλισμό, δηλαδή στην απορρόφηση μικρών γαλαξιών από τον δικό μας κατά την οποία η σκοτεινή και φωτεινή ύλη του μικρότερου γαλαξία σκορπίζονται στον μεσοαστρικό χώρο.  

Ομάδα αστρονόμων από τη Γερμανία σε πρόσφατη δημοσίευση ανέπτυξαν ένα τρισδιάστατο δυναμικό μοντέλο του Γαλαξία μας βασισμένο σε νέες μετρήσεις υψηλής ακρίβειας των κινήσεων νεφών αερίου τα οποία ανήκουν στο δίσκο του Γαλαξία. Τα αέριο, όπως και όλα τα σώματα του Γαλαξία μας, περιστρέφεται γύρω από το κέντρο του με ταχύτητα που εξαρτάται από την κατανομή της συνολικής μάζας του Γαλαξία, φωτεινή και σκοτεινή. Οι απλές εξισώσεις της Νευτώνειας μηχανικής μπορούν με μεγάλη ακρίβεια να περιγράψουν τις αναμενόμενες κινήσεις. Στον υπολογισμό αυτό ο μόνος άγνωστος είναι η κατανομή της σκοτεινής ύλης, καθώς για τη φωτεινή ύλη γνωρίζουμε με καλή ακρίβεια πως κατανέμεται στο χώρο. Εδώ και δεκαετίες πλήθος παρατηρήσεων σε διάφορα μήκη κύματος έχουν προσδιορίσει τη δισκοειδή μορφή των αστέρων του Γαλαξία μας.  Συνεπώς η μελέτη των κινήσεων των νεφών αερίου στο δίσκο του Γαλαξία είναι δυνατό να δώσει πληροφορίες για την κατανομή της σκοτεινής ύλης. 

Η ομάδα των ερευνητών από τη Γερμανία ανακάλυψαν ότι σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες υπάρχουν περιοχές του Γαλαξιακού δίσκου όπου οι κινήσεις του αερίου αποκλίνουν σημαντικά από την απλή περιστροφή, εάν υποτεθεί ότι η σκοτεινή ύλη έχει ομαλή κατανομή. Οι παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι υπάρχουν δύο δακτυλίδια υψηλής συγκέντρωσης σκοτεινής ύλης που περιβάλουν το δίσκο του Γαλαξία σαν σαμπρέλες. Οι αποστάσεις τους υπολογίζονται σε 3.000 και 45.000 έτη φωτός από το κέντρο του. Το Ηλιακό μας σύστημα που απέχει περίπου 26.000 έτη φωτός από το κέντρο του Γαλαξία βρίσκεται σε περιοχή χαμηλής περιεκτικότητας σε σκοτεινή ύλη. Οι ερευνητές βρήκαν επιπλέον ενδείξεις ότι τα δαχτυλίδια είναι επίσης ανομοιόμορφα. Έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα σε ορισμένες διευθύνσεις και μικρότερη σε άλλες.

Τρισδιάστατη αναπαράσταση του δακτυλιδιού του Μονόκερου. Το μπλε  χρώμα δείχνει τη γνωστή σπειροειδή μορφή του Γαλαξία μας. Το κόκκινο αντιστοιχεί στη ουρά αστεριών και σκοτεινής ύλης που αφήνει πίσω του ο νάνος γαλαξίας Canis Major καθώς τον απορροφά ο δικός μας. Οι θέσεις  του Ήλιου και του Canis Major δείχνονται στο σχήμα.

Είναι ενδιαφέρον ότι η πιο απομακρυσμένη από τις δύο σαμπρέλες σκοτεινής ύλης ταυτίζεται χωρικά με ένα παρόμοιο σχηματισμό αστέρων του Γαλαξία που ανακαλύφθηκε μόλις το 2002, γνωστό ως δακτυλίδι του Μονόκερου. Παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα αστέρια αυτά ανήκουν στον νάνο γαλαξία Canis Major ο οποίος διαλύεται καθώς αλληλεπιδρά βαρυτικά με το δικό μας σκορπίζοντας την μάζα του, σκοτεινή και φωτεινή, κατά μήκος της τροχιάς του. Ο Canis Major έχει ήδη περάσει μερικές φορές γύρω από το Γαλαξία καθώς απορροφάται από αυτόν, αφήνοντας πίσω του μια ουρά από αστερία και, όπως δείχνει η πρόσφατη εργασία, σκοτεινή ύλη, που τον τυλίγει σαν σαμπρέλα.  

H εβδομάδα 1-8 Δεκεμβρίου είναι αφιερωμένη στη Σκοτεινή Ύλη (Dark Matter Awareness Week). Με αυτή τη ευκαιρία δύο από τους πλέον αναγνωρισμένους και διάσημους αστρονόμους, οι καθηγητές Simon White και Pavel Kroupa, διασταύρωσαν τα επιστημονικά τους ξίφη στο πανεπιστήμιο της Βόννης και συζήτησαν για τον εάν υπάρχει ή όχι σκοτεινή ύλη. Οι ομιλίες τους, αν και απευθύνονται σε ειδικό κοινό, είναι διαθέσιμες στη σελίδα: http://www.uni-bonn.tv/podcasts/20101125_BE_DarkMatter.mp4/view

Έχει νόημα να μιλάμε για παρατηρήσεις πριν τη Μεγάλη Έκρηξη; Πρόσφατη μελέτη παρουσιάζει παρατηρησιακά δεδομένα που υποδεικνύουν ότι ζούμε σε ένα κυκλικό και άπειρα επαναλαμβανόμενο Σύμπαν. Διαβάστε περισσότερα στο SciFi. 

Οι αστρονόμοι υποπτεύονταν ότι η ενεργοποίηση των υπέρμαζων μελανών οπών στα κέντρα των γαλαξιών είναι φαινόμενο παροδικό και πιθανόν περιοδικό. Το Voorwerp αποτελεί μοναδικό παράδειγμα Quasar που έσβησε στο πρόσφατο, για κοσμολογικές κλίμακες, παρελθόν, λιγότερο από 70.000 χρόνια πριν. Μελετώντας το οι επιστήμονες ελπίζουν να αντλησουν πληροφορίες για τις συνθήκες κάτω από τις οποίες οι μελάνες οπές ανάβουν και σβήνουν καθώς και για τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Τα πρώτα αποτελέσματα των μελετών αυτών είναι εντυπωσιακά. Ο χρόνος που υπολογίζεται ότι απαιτείται για να σβήσει η μελανή οπή του IC 2497, λιγότερο από 70.000 χρόνια, είναι κατά πολύ σύντομοτερος από αυτόν που περίμεναν οι αστρονόμοι. 


Το αντικείμενο που ανακάλυψε η Hanny κρύβει ακόμη πολλές εκπλήξεις για τους επιστήμονες καθώς και μυστικά που ελπίζουν να ανακάλυψουν. 

Το γράφημα δείχνει την εικόνα του Σύμπαντος στα μικροκύματα  από παρατηρήσεις του  WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy  Probe). Οι διαφορετικά χρωματισμένες περιοχές αντιστοιχούν  σε μικροσκοπικές διακυμάνσεις της έντασης της μικροκυματικής  ακτινοβολίας σε διαφορετικές κατευθύνσεις παρατήρησης.  Μελέτη των διακυμάνσεων είναι δυνατό να δώσει πληροφορίες  για  τα σωματίδια που υπήρχαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.  Τα τελευταία αποτελέσματα από τον WMAP δείχνουν ότι  υπάρχουν 4 οικογένειες των νετρίνων. Ο οριζόντιος άξονας  του γραφήματος πάνω δεξία αντιστοιχεί στον αριθμό των  γεύσεων των νετρίνων. Η κόκκινη περιοχή προσδιορίζει το  χώρο που είναι συμβατός με τις παρατηρήσεις. Το σφάλμα  στη μέτρηση του αριθμού οικογενειών νετρίνων παραμένει  υψηλό, και συνεπώς τα δεδομένα υποστηρίζουν ακόμα μόνο  τρεις οικογένειες: το τεχνικό αποτέλεσμα 4.34±0.86 οικογένειες.  Πειράματα στο CERN έδειξαν ότι υπάρχουν μόνο 3 οικογένειες  νετρίνων που επηρεάζονται από την ασθενή δύναμη. Αν  υπάρχει ένα τέταρτο νετρίνο, θα είναι "στείρο" ή αλώβητο  από την ασθενή πυρηνική δύναμη.

Τα νετρίνα είναι υποατομικά σωματίδια ιδιαίτερα εσωστρεφή. Είναι τόσο απρόθυμα να αλληλεπιδράσουν με τη συνηθισμένη ύλη που δισεκατομμύρια από αυτά περνάνε ακίνδυνα από μέσα μας κάθε μέρα. Απαιτούνται γιγάντιοι εξειδικευμένοι ανιχνευτές για να συλλάβουν  μερικά από αυτά. Μέχρι σήμερα γνωρίζουμε τρία είδη ή γεύσεις - τα νετρίνα μυονίων, σωματιδίων Ταυ και ηλεκτρονίων. 

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990 όμως, πειράματα νετρίνων σε επιταχυντές έδειξαν ανεξήγητες ανωμαλίες στα δεδομένα, οι οποίες υποδείκνυαν την ύπαρξη ενός τέταρτου νετρίνου. Το υποτιθέμενο αυτό νέο σωματίδιο, το αποκαλούμενο "στείρο" (sterile) νετρίνο, είναι ακόμη πιο αδιόρατο από τα νετρίνα των τριών κανονικών γεύσεων, διότι δεν υπόκειται στην ασθενή πυρηνική δύναμη, όπως συμβαίνει με τα υπόλοιπα, αλλά αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας. 


Οι συνέπειες της ύπαρξής του στείρου νετρίνου ξεφεύγουν από τα όρια της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Μία σειρά από ανοιχτά θέματα της αστροφυσικής, όπως η φύση της  αόρατης σκοτεινής ύλης, που αποτελεί το 85% της μάζας του Σύμπαντος, θα μπορούσαν να βρουν απάντηση στο στείρο νέτρινο. Δυστυχώς, η ιδιότητα του να αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα μόνο μέσω της βαρύτητας κάνει την επαλήθευση της ύπαρξης του εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση για τους πυρηνικούς φυσικούς. 


Πρόσφατες εξελίξεις στην αστρονομία επιτρέπουν πλέον τη μελέτη του υποατομικού φάσματος των στοιχειωδών σωματιδίων μέσω παρατηρήσεων του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες. Ο δορυφόρος Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA χαρτογραφεί από το 2001 τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις της μικροκυματικής ακτινοβολίας που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Το μοτίβο των διακυμάνσεων εμπεριέχει πληροφορίες για τη σούπα των σωματιδίων που υπήρχε λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων του WMAP υποδεικνύουν ότι ο πιο πιθανός αριθμός οικογενειών νετρίνων  στις απαρχές του Σύμπαντος είναι τέσσερις. Αν η μέτρηση αυτή επαληθευθεί με καλύτερης ποιότητας δεδομένα (το σφάλμα στις υπάρχουσες παρατηρήσεις είναι ακόμη μεγάλο), πιθανόν να σημαίνει ότι ένας νέος τύπος νετρινου περιμένει να ανακαλυφθεί.