La costante cosmologica

Dati recenti sulle supernovae di tipo Ia mostrano che esiste una forza di repulsione gravitazionale che, pur non avvertita su brevi distanze (ad esempio a livello del Sistema Solare), mostra i suoi effetti su scala cosmologica. Tale forza è descritta matematicamente dalla costante cosmologica inserita da Einstein nelle equazioni della relatività generale per fare in modo che esse ammettessero, come soluzione un Universo stazionario. Da osservazioni recenti si deduce che la densità della materia nell’Universo è circa pari al 30% della densità critica ( $\Omega _{materia}\cong 0,3$ ) e che la densità fornita dall’energia legata alla forza di repulsione gravitazionale è circa il 70% della densità critica ( $\Omega _{cosmologica}\cong 0,7$ ). Sulla base di ciò, l’Universo sembra avere curvatura nulla:

$\Omega=\Omega _{materia}+\Omega _{cosmologica}\cong 1$

Infatti se la densità media dell'universo è esattamente uguale alla densità critica, ovvero Ω=1, allora la geometria dell'universo è piatta o a curvatura nulla: come nella geometria euclidea la somma degli angoli di un triangolo è di 180 gradi, e le parallele sono sempre equidistanti e non si incontrano mai.

Senza energia oscura, un universo piatto si espande per sempre ad un ritmo decrescente, raggiungendo asintoticamente lo zero. In presenza di energia oscura invece, l'espansione rallenta inizialmente, ma aumenta in seguito.

Il grafico mostra un universo in cui la velocità di espansione diminuisce (zona rossa), ma poi a causa delle forze repulsive torna ad aumentare.

Di fatto una forza di repulsione cosmica porta a una velocità di recessione delle galassie che, invece di diminuire nel tempo a causa della forza di attrazione gravitazionale, aumenta al passare del tempo.

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