As observações da radiação cósmica de fundo, da recessão de supernovas em galáxias distantes e da densidade de enxames de galáxias indicam que a maior parte do conteúdo energético do Universo é dominada por duas componentes escuras: cerca de 27% de matéria escura, responsável por efeitos dinâmicos nas curvas de rotação galácticas e no movimento de galáxias nos enxames de galáxias, e cerca de 68% de energia escura, responsável pela atual expansão acelerada do Cosmos^1-4. Esta expansão é uma expansão do espaço-tempo. Podemos tentar imaginar esta situação como o caso de um balão vazio em que se desenham pintas. Ao insuflar-se esse mesmo balão verifica-se que as pintas se afastam uma das outras em virtude do “tecido” estar a expandir-se, ou seja, os grandes objetos astrofísicos e cosmológicos como galáxias e enxames de galáxias estão sempre a afastar-se uns dos outros porque o próprio “tecido” do espaço-tempo se está a expandir. Depois de compreendida esta analogia em duas dimensões, temos que pensar em termos de três dimensões espaciais.

A energia escura age como uma ténue distribuição uniforme de energia e com a propriedade exótica de ter uma pressão negativa. Pensemos numa mola: ao esticá-la, ela exerce uma força contrária que a faz retomar a posição de equilíbrio, esta é a chamada lei de Hooke. Se a energia escura fosse essa mola, teria o comportamento oposto: quanto mais a esticássemos, mais ela tenderia a expandir-se.

Embora se desconheça a sua verdadeira natureza, existem alguns modelos que procuram compreender a natureza da energia escura. Os candidatos mais simples incluem o termo cosmológico (constante cosmológica) introduzido por Einstein para modificar as equações de campo da Teoria da Relatividade Geral, ou um ubíquo campo escalar extremamente leve e com propriedades que sejam consistentes com um comportamento macroscópico repulsivo.

A expansão do Universo foi descoberta pelo astrónomo norte-americano Edwin Hubble em 1929. O facto desta expansão ser cada vez mais rápida a distâncias cada vez mais afastadas de nós, isto é, a sua aceleração, foi estabelecida por meio do estudo da luminosidade de supernovas em galáxias muito distantes, estrelas na fase final e explosiva da sua existência. Desvendada a partir de 1998, a surpreendente observação relativa à aceleração da expansão é devida a dois grupos de astrónomos, um dos quais baseado na Universidade de Berkeley, na Califórnia, liderado pelo cientista Saul Perlmutter⁵, e um outro liderado por Adam Riess e Brian Schmidt⁶, da Universidade de Harvard, em Boston, Massachusetts, e do Observatório do Monte Stromlo, na Austrália, respetivamente. Por esta descoberta, estes cientistas foram galardoados com Prémio Nobel de Física em 2011.

Uma questão que também tem suscitado o interesse dos físicos teóricos é o de uma hipotética ligação entre a energia escura e a matéria escura. Segundo algumas propostas, não é impossível que estas duas entidades sejam manifestações, a escalas distintas, de uma única partícula ou um campo mais fundamental, como é exemplo o caso de um fluido exótico que corresponde a uma generalização do gás de Chaplygin⁷ com equação de estado

\(p= - \frac{A}{ρ^α}\)

onde p é a pressão cósmica, ρ é a densidade de energia, A e α são constantes e 0 < α ≤ 1. Também não é de excluir a possibilidade de matéria escura e energia escura trocarem energia entre si.

Dada a importância destas questões, a Cosmologia e a Gravitação são áreas que suscitam grande interesse e inclusivamente, os físicos discutem alternativas à matéria escura e energia escura, designadamente, através de teorias de gravidade para além da de Einstein^8-16.