L’energia cosmica oscura

107

Secondo le teorie cosmologiche attuali, esiste nel cosmo un’energia oscura che pervade lo spazio. L’energia oscura può essere paragonata ad una forza antigravitazionale, che respinge gli oggetti anziché attrarli, come fa invece la forza gravitazionale. Questa energia oscura serve a spiegare le ultime osservazioni astronomiche che mostrano l’universo in espansione accelerata.

Come si è arrivati all’ipotesi dell’esistenza dell’energia oscura?

Già negli anni 20 del secolo scorso gli astronomi avevano scoperto che lo spazio si espandeva, con ogni galassia che veniva trascinata lontano dalle altre, dopo un’esplosione cosmica denominata Big Bang avvenuta circa 15 miliardi di anni fa. In un universo fatto solo di materia questa espansione dovrebbe rallentare, poiché la materia di cui sono fatte le galassie continua ad attrarre quella del resto del cosmo. I modelli cosmologici «classici» prevedono tutti che col passare del tempo l’espansione delle galassie diminuisca.

Le osservazioni del moto delle galassie dentro i gruppi e gli ammassi di galassie avevano mostrato inoltre che oltre alle stelle e al gas di cui è composta una galassia (materia osservabile e perciò «luminosa»), doveva esistere una materia oscura, non direttamente osservabile, che aumenta la forza di gravità dell’universo. Questa materia oscura dovrebbe essere circa cinque volte più abbondante della materia luminosa. Anche la materia oscura dovrebbe contribuire alla forza di gravità di tutto il cosmo, rallentando la sua espansione con il passare del tempo.

Noi possiamo però osservare il passato dell’universo studiando galassie sempre più lontane da noi. Infatti la radiazione elettromagnetica (luce, raggi infrarossi, onde radio) che ci arriva da una galassia lontana ha impiegato molto tempo per arrivare a noi, viaggiando a 300.000 km/s, e noi la vediamo oggi come era quando questa radiazione è stata prodotta. Osservando ad esempio la grande galassia di Andromeda, distante circa 3 anni luce, noi la vediamo come era tre anni fa, mentre osservando una galassia distante un milione di anni luce possiamo vedere la sua immagine di circa un milione di anni fa. Dunque osservando galassie sempre più lontane possiamo risalire indietro nel tempo cosmico, studiando l’universo com’era in passato.

Alla fine degli anni 90 le osservazioni di stelle che esplodono (supernovae) e di luminosità nota in galassie lontanissime aveva mostrato invece che l’universo nel passato si era espanso più lentamente di adesso. Quindi l’universo si sta espandendo con una velocità che cresce con la sua età, ovvero accelerando. Per questa scoperta due anni fa la città di Padova ha dato il premio «Padova, città delle stelle» ai ricercatori Saul Perlmutter (Usa) e Brian Schmidt (Australia), i cui studi hanno permesso di rivoluzionare la visione classica dell’espansione dell’universo.

Per spiegare queste osservazioni occorre dunque postulare una forza che a grande scala si comporti in maniera opposta alla forza di gravità, respingendo la materia e perciò facendola accelerare. I cosmologi ritengono che la materia luminosa (stelle, gas e neutrini) costituisca oggi solo il 5 % della massa totale dell’universo, essendo la materia oscura il 25%, e l’energia oscura addirittura il 70% di tutto il


cosmo.

Gli astrofisici e i fisici teorici cercano di comprendere quale sia la natura dell’energia cosmica oscura. Già Albert Einstein aveva proposto, prima che si scoprisse l’espansione dell’universo, la presenza di un fattore correttivo nelle equazioni che descrivevano il cosmo, chiamato costante cosmica e indicato con la lettera greca Lambda. Questa costante cosmica repulsiva avrebbe bilanciato la forza di gravità rendendo l’universo stabile e statico. La costante cosmica venne abbandonata successivamente, a favore di modelli di espansione decelerata dell’universo. Quando Edwin Hubble scoprì l’espansione dell’universo, Einstein eliminò la costante cosmica dalle sue equazioni, definendola «il mio più grande errore». Oggi invece la costante cosmica potrebbe rappresentare l’energia oscura appena scoperta e non essendo legata alla materia potrebbe essere chiamata «l’energia del vuoto».

In alternativa l’energia cosmica oscura viene descritta come un’interazione tra le particelle e i campi di forza e viene chiamata «quintessenza». Essa differisce dalla costante cosmica in quanto non è costante ma varia nello spazio e nel tempo.
Il Prof. Weinberg parlerà dell’energia cosmica oscura nella sua conferenza pubblica il 24 maggio a Padova presso il Palazzo della Ragione.