Energia Oscura e Quintessenza

Energia oscura è il nome che i fisici danno a ciò che causa l'espansione dell'universo a accelerare. Scoperta nel 1998 attraverso l'osservazione di stelle lontane in esplosione, l'accelerazione cosmica è stata una profonda sorpresa: la gravità dovrebbe riunire la materia e rallentarne l'espansione, eppure l'universo si sta allontanando sempre più velocemente. L’energia oscura costituisce circa il 68% dell’energia totale del cosmo e spiegarla è probabilmente il problema aperto più profondo della fisica.

La costante cosmologica

Il candidato più semplice è costante cosmologica - una densità di energia costante che riempie tutto lo spazio, la stessa ovunque e in ogni momento. Einstein originariamente introdusse tale termine in relatività generale, poi lo scartò; la cosmologia moderna l'ha riproposta come descrizione principale dell'energia oscura, la Λ nel modello standard "ΛCDM". La sua proprietà chiave è una pressione fortemente negativa, che nella relatività generale agisce come una forma repulsiva di gravità che allontana lo spazio.

Un’ipotesi naturale è che questa energia sia l’energia del vuoto quantistico stesso. Ma qui sta un famoso imbarazzo: quando i fisici stimano l’energia del vuoto dalla teoria quantistica, la risposta è più grande del valore osservato fino a 120 ordini di grandezza: la peggiore previsione quantitativa nella storia della scienza. Il motivo per cui la costante cosmologica è così piccola, ma non esattamente pari a zero, non è spiegato.

Quintessenza: un'energia oscura mutevole

Poiché una costante è così difficile da spiegare, molti fisici esplorano l’alternativa che l’energia oscura evolve nel tempo cosmico. Quintessenza i modelli propongono un campo dinamico – una quinta essenza oltre la materia ordinaria, la radiazione e il resto – la cui energia cambia lentamente man mano che l’universo si espande. Il punto di osservazione cruciale è l’energia oscura equazione di stato, il rapporto tra la sua pressione e la sua densità di energia, scritto w:

w = p / (ρc²)

Una costante cosmologica pura ha esattamente w = −1 per sempre. La quintessenza consente w differire da −1 e spostarsi nel tempo. Misurare w precisamente, e testare se cambia, è l’obiettivo centrale di importanti indagini come DESI ed Euclid, perché qualsiasi deviazione da −1 escluderebbe il quadro più semplice e indicherebbe una nuova fisica.

Un malinteso comune

L'energia oscura non è la stessa cosa di materia oscura. La materia oscura è invisibile materia che raggruppa e unisce le galassie; l’energia oscura è un’influenza fluida e che riempie lo spazio che allontana l’universo. Sono misteri diversi che condividono la parola "oscuro", il che significa solo che non possiamo vedere nessuno dei due direttamente.