ENERGIA OSCURA

Le osservazioni sulle velocità delle galassie raccolte da Edwin Hubble, negli anni Venti dello scorso secolo, hanno dimostrato che il nostro universo non è statico ma in espansione, fornendo una delle prime prove solide a favore della teoria del big bang. Tuttavia più di recente, nel 1998, misurazioni su supernova e da parte di gruppi di ricerca guidati dai ricercatori statunitensi Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess hanno aggiunto un inatteso tassello al mosaico: non solo l’universo si sta espandendo, ma tale espansione sembra essere accelerata. Per spiegare questo comportamento, è necessario ammettere l’esistenza di una misteriosa “antigravità” che si oppone alla contrazione indotta dalla forza gravitazionale, rappresentata da un termine aggiuntivo nell’equazione di campo di Einstein chiamato “costante cosmologica”. Questa forma di energia sconosciuta invisibile e omogenea è stata chiamata “energia oscura” e costituisce circa il 70% della densità di energia dell’universo: riuscire a comprenderne la natura rappresenta una delle sfide aperte più impegnative della fisica contemporanea.

Grafico a torta che illustra la composizione cosmologica dell'universo. (© INFN)
Rappresentazione artistica della missione Euclid dell'ESA nello spazio. (© ESA, ATG )

Negli anni sono state avanzate diverse ipotesi sulla natura dell’energia oscura. La più semplice prevede che quest’ultima coincida con la cosiddetta “energia del vuoto”: secondo le leggi della meccanica quantistica, lo spazio vuoto non sarebbe in realtà veramente tale, ma continuamente animato da fluttuazioni quantistiche che portano alla creazione e distruzione di particelle e antiparticelle “virtuali”. Il vuoto, insomma, avrebbe una sua energia, il cui effetto sulla scala dell’universo potrebbe giustificare l’esistenza dell’energia oscura. Tuttavia, il valore atteso dell’energia del vuoto è drammaticamente più grande rispetto a quello indicato dalle osservazioni sull’espansione accelerata, a sottolineare che la strada verso una piena comprensione dell’energia oscura è ancora molto lunga.
Mentre non mancano altre ipotesi teoriche più “esotiche”, un aiuto potrebbe arrivare dagli esperimenti spaziali: in particolare il telescopio Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea, lanciato nel luglio 2023, ha tra i suoi obiettivi quello di indagare la natura della materia oscura e dell’energia oscura. L’INFN partecipa attivamente a questo programma con le sue ricercatrici e ricercatori.