Strutture cosmiche

3. Geometria e storia dell'espansione dell'Universo

di Branchini

Le caratteristiche di un Universo omogeneo ed isotropo possono essere determinate attraverso test di natura geometrica che ne traccino la storia di espansione. La recente scoperta che l’Universo si sta espandendo in maniera accelerata (e che è valsa il Premio Nobel per la Fisica 2011 ad S. Perlmutter, B. P. Schmidt, A. G. Riess) è stata ottenuta proprio in questo modo, misurando il flusso di oggetti di luminosità nota come le supernovae di tipo 1a per ricavarne la distanza. In modo analogo la misura della dimensione angolare di oggetti di dimensione fisica nota permette di determinare la loro distanza. In un Universo in espansione queste due procedure non danno lo stesso risultato. Le distanze calcolate nei due modi, tuttavia, differiscono solo per un fattore legato al redshift dell’oggetto. 



La determinazione sperimentale delle distanze permette di tracciare la storia di espansione dell’Universo, ovvero l’evoluzione temporale della costante di Hubble. I dati sperimentali ci dicono che il nostro Universo si è espanso in maniera decelerata per circa 12.7 miliardi di anni dopodichè, circa un miliardo di anni fa, l’espansione è diventata accelerata. Questo è un comportamento sorprendente per un sistema in cui la forza dominante è la mutua gravità tra le sue componenti. Ogni forma conosciuta di energia o di materia, sia luminosa che oscura, determina un rallentamento nell’espansione del sistema, non una sua accelerazione. L’interpretazione attualmente più accettata di tale fenomeno passa attraverso l’introduzione di una ulteriore componente, l’energia oscura, ancora più misteriosa della materia oscura. L’energia oscura si comporterebbe come un fluido omogeneo ed isotropo caratterizzato da una sua densità di energia e da una pressione negativa in grado appunto di accelerare, anzichè rallentare, l’espansione dell’Universo. Lo stesso Einstein icona_minibiografia pensando che l’Universo fosse statico, invocò l’esistenza di qualcosa di simile. In quel caso si trattava di un termine aggiuntivo alle equazioni di campo della Relatività Generale, la costante cosmologica icona_esperto[324].

L’effetto dinamico della costante cosmologica è analogo a quello di un fluido a pressione negativa. A tutti gli effetti la costante cosmologica può essere considerata una forma particolare di energia oscura. Questa non è una semplice curiosità, la costante cosmologica è perfettamente in grado di spiegare la storia dell'espansione dell’Universo che noi determiniamo dalle osservazioni.

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