Бұл ретте электрмагнитті сәулеленудің барлық диапазондары пайдаланылады –радиотолқындардан бастап до эоғары энергетикалық гамма-сәулеленуге дейін. Өйткені әр спектрлік диапазон ғарышқа деген өзінің терезесін ашады. Суперкомпьютерлер деректердің орасан зор көлемдерін  бағалайды. Осылай, барлық түрдегі ғарыштық құбылыстар айтқысыз дәлдікпен зерделенуі мүмкін. 2015 жылы зерттеулердің мүмкіндіктері тағы бір, мүлде жаңа әдіспен толықтырылған болатын: енді ғалымдар гравитациялы толқындары Жерде де өлшеп –  осымен бұрын өлшеу әдістері мүлде болмаған астрономиялық оқиғаларды зерттей алады.

Виртуалды ғарыш кеңістігі
Бүгінгі күнде Ғаламның ең ірі және неғұрлым толық IllustrisTNG үлгісін құрастыру үшін зерттеушілер  Штутгарттағы өнімділігі жоғары Hazel Hen компьютерді ғарыштың бастапқы күй туралы деректермен «қоректендіреді. Содан кейін суперкомпьютер ғарыштың 13 миллиардан астам жыл құрайтын эволюциясын есептейді. Бұл үшін процессорлардың 16 000 ядролары керек, олар ктәулік бойы бір жылдан астам уақыт бойы жұмыс істейді – бір заманауи ДК-ға есептегенде, бұл 15 0000 жыл бойы есептеу уақытына сәйкес келеді. Үлгі өзіне тән жалғыз пішімдежәне жоғары жылдамдықпен зерттеушілерге Ғаламдағы кеңауқымды өаза байланыстарды, сонымен қатар галактикалардағы газды ағындар сияқты егжей-тегжейлерді көрсетеді.

Қара материя және қара энергия
Ғаламның тек қана болымсыз бөлігі біз байқай алатын жұлдыздар, планеталар мен басқа аспан денелерінен тұрады. Қалғаны  – ал бұл әлі де 95 пайыз – бұл қара материя және қара энергия.

Қара материя көрінбейді, бірақ өз гравитациясының арқасында өзі туралды ескертеді. Егер қара материа болмаса, көрінетін материя ғарышта өзін өзгеше ұстар еді. Мысалы, біздің Құс Жолымызға ұқсас галактикалар жан жаққа шашырап ұшып кетуші еді. Қара энергия – бұл астрономдар Ғаламның жалдамдатылған кеңеюін түсіндіретін әсердің атауы. Массалардың өзара тартылысынан Ғалам өзңінің кеңеюінде баяулау қажет болушы еді. Алайда өлшеу кері әсер береді: Ғалам жылдамырақ кеңейіп келеді! Бұны тек қана Ғалам шамамен 70 пайызға қара материадан тұруымен түсіндіруге болады.

Елес-бөлшектерді іздеу
Ғарыш кеңістігінде, «қалыпты» материямен салыстырғанда, бес есе көп болатын қара материя – бұл біз  тікелей не көре алмайтын, не өлшей алмайтын нәрсе. Зерттеушілер ол бұрыннан белгісіз болған, кһрінетін, «қалыпты» материямен тек қана өте әлсіз өзара әрекеттесетін  элементар бөлшектерден  тұрады деп күдіктенеді. Олар осы бөлшектерді асқынөткізгіш термометрлердің (CRESST, аббр. ағлш. The Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) көмегімен сирек оқиғаларды криогендік  іздеу жөніндегі  эксперименттің көмегімен іздейді. Италиядағы  Гран-Сассо тау сілемінің астында жан-жақтан 1400-метрден асатын жартаспен қорғалған, сезімталдығы жоғары детекторлары бар жер асты зертханасы орналасады. Жерге ғырыш кеңістігінен келіп түсетін барлық «қалыпты» бөлшектер қара материямен қармалады. «Қара» элементар бөлшектер, керісінше, мүлде кедергісіз  дерлік тасқа сіңіп кетуі тиіс. Нақты өлшеуіш аспаптар  -273 градус Цельсийге дейін салқындатылған кальций вольфраматтың аса таза кристалдары болып табылады. Қара материяның бөлшегі кристалмен қақтығысып қалғанда, температура шамамен гардустың бір миллиондық бөлігіне жоғарлайды. Осы минимал айырмашылықты сезімталдығы жоғары термометр өлшейді.
  Екі зерттеуші Гран-Сассо жер асты зертханасындағы CRESST-эксперименттің детекторын жабдықтайды. | © Астрид Экерт
Үлкен жарылыс
Ғылымның ең ғажап жұмбақтарының бірі болып Ғаламның пайда болуы туралы мәселе табылады. ;алам кеңейетінін бүгін біз енді білеміз. Сонымен қатар қалай болатынын да біз білеміз. Басқа жағынан, материя және энергия шексіз түрде қоюланады. Дәл сонда біздің Ғаламның бастамасы орналасуы тиіс – таза матемтика тұрғысынан шамамен 13,8 миллиард жыл бұрын. Бірақ бұл Үлкен жарылыс қандай да бір кеңістіктегі жарылысты сипаттамайды. Бүгінгі басым болып отырған теорияға сәйкес, бұл кеңістіктің, уақыттың және материяның басталуы.

© Бірақ ғарыш кеңістігі қамтитын материя мен энергияның соншалықты көп мөлшері         осындай кішкентай н.ктеге қалай қысылуы мүмкін? Үлкен жарылыс  – ол бүгін сипатталатын түрде, – орын алуы үшін ең басында өте қысқа, айрықша жылдам кеңею де орын алуы тиіс: жарық жылдамдығынан асатын инфляция. Электрмагниттік сәулеленуге негізделген өлшеу әдістері Үлкен жарылыс жанындағы бұл орында зерттей алмайды – бірақ гравитациялық толқындар өлшей алады.

Үлкен жарылыс немесе қатты соққы ма?
Үлкен жарылыс кезінде, бар теорияға сәйкес, ештеңеден кеңістік, уақыт пен материя құрылады. Бүгінгі білімнің арқасында Үлкен жарылыстан кейінгі барлық процестерді секундтың бір миллиардтық бөлшегімен есептеуге болады. «Жарылыстан» кейінгі  түсіну үшін өте қысқа, бірақ аса маңызды сала әлі де қараңғыда қалады. Макс Планк Қоғамының Гравитациялық физика институтының жас ғалымы Анна Иджас зерттеуі осыған негізделген. Ол жұмыс істеп жүрген циклдік модель алдынғы Ғалам 10-25 см дейін баяу сығылып, содан кейін қайта кеңейді деп болжайды. Осыған қарасақ, Үлкен жарылыс қатты соққымен жұмсартылған сияқты.  Әлі күнге дейін ғылым түсіндіре алмаған  Үлкен жарылыс теориясының қажетті бөлігі болып инфляция табылады –«жарылыстан» кейінгі айрықша жылдам кеңею. Қатты соққының моделі осы болжалдан шықпайды.
  Үлкен жарылыс алдында не болды? Бәлкім, ежелгі Ғалам шығар? | © Анна Иджас
Гравитациялық толқындар
Альберт Эйнштейндікі тағы дұрыс болды: 2015 жылғы 14 қыркүйекте, ол өзінің ықтималдықтар теориясында сипаттағаннан кейін 100 жыл өткен соң, алғашқы рет гравитациялық толқындар өлшенетін болады. Бірақ гравитациялық толқындар деген не? Эйнштейнге сәйкес, әр масса төрт өлшемді кеңістік-уақытта жаншық қалдырады. Егер осы массалар жылжитын болса, толқындар пайда болады. Бұл толқындар ғарышта жарық жылдамдығымен тарайды және де сонымен бірге кеңістікті бұрмалайды.

Ғарышта үнемі гравитациялық толқындар пайда болып отырады. Бірақ Жерде оларды өте үлкен массалар өте жылдам қозғалғанда – мысалы, екі қара құрдым қосылғанда өлшеуге болады. Дәл осы 2015 жылғы қыркүйекте өлшенетін болады. Бұл үшін өте сезімтал өлшеуіш аспаптар қажет: сигналдарды ұстайтын екі алып интерферометр АҚШ-та орналасқан. Осы өлшегіштердегі дәлдігі жоғары технологиялардың көп бөлігінің және көптеген бағдарламалардың шығу тегі Германиядан  – Макс План Қоғамының Потсдам және Ганновердегі Гравитациялық физика институтынан.
  Галактикалар
Галактикалар – бұл ғарыштың шексіз теңізіндегі «әлемдер аралдары». Мұнда жұлдыздар, планеталық жүйелер, шаңды бұлттар, газды тұмандықтар мен қара материя жиналады. Олар гравитация күшімен бірге ұсталады. Галактикалардың құрылымы әртүрлі болады – қарапайым эллипстерден бастап, біздің Құс жолымыз сияқты, белгілі бір «жеңдері» бар күрделі шиыршық  галактикаларға дейін. Бірнеше галактика ақыр соңында, әртүрлі өлшемді топтар мен шоғырларды құрастырып, бірге жиналады. Галактикалардың осы шоғарларының ең ірілері бірнеше мың галактикаларды қамтиды.

 Андромеда  тұмандығы бізге ең жақын орналасқан галактика, өлшемі шамамен Құс жолындай. Бұл біз Жерден құралсыз көзбен жерден көре алатын ең алыс орналасқан астрономиялық объект.
  © ESO/С. Брюнье

Асқынжаңа
Кейбір жұлдыздардың өлімі  көзтартарлық болады: шомбал жұлдыздың оның эволюциясы соңындағы жарық жарылысы асқынжаңа деп аталады. Бұл белгілеу (nova = латындық жаңадан) Тихо Брагадан бастау алады. 1572 жылы даниялық астроном бұрын ештеңе мүлде көрінбеген жерде өте-өте жарық жұлдыздың кенет пайда болуын байқаған.

Асқынжаңа жарылғанда жұлдыздың үлкен бөлігі энергияға айналады және бірден тұтас сіулеленеді. Тек нейтрондық жұлдыз немесе қара құрдым қалады. Шомбал жұлдыз деп аталатын асқынжаңа алып, мысалы, қызыл алып, өзінің отынын толық пайдаланғанда ерекше ісер етеді. Ол, энергияның орасан зор мөлшерін босатып, өз гравитациясының әсерінен бұзылады. Осыдан кейін асқынжаңа кейбір уақыт  өзі орналасқан галактикадан жарық жарқырауы мүмкін.