Há mais de cem anos, Albert Einstein passou a usar as equações da relatividade geral não apenas para compreender a gravidade, mas também para investigar o comportamento do universo como um todo. Em 1917, pouco depois de formular a teoria, o físico aplicou suas equações à cosmologia para avaliar o que elas indicavam sobre a evolução do cosmos em escalas maiores.

A escolha da gravidade como ponto de partida tinha uma razão física. Em grandes escalas, o universo apresenta neutralidade elétrica média, o que reduz a influência do eletromagnetismo sobre sua evolução global. Albert Einstein também desconhecia as forças nucleares forte e fraca — assim como os demais cientistas de sua época —, interações que atuam principalmente em distâncias muito pequenas.

Na cosmologia, portanto, é a gravidade que estabelece como grandes concentrações de matéria evoluem ao longo do tempo. Ao representar a matéria distribuída em "um universo", as equações de Einstein permitem calcular como esse sistema pode se comportar.

Os cálculos, porém, indicavam algo diferente da concepção predominante no início do século XX: a relatividade geral favorecia um universo dinâmico, sujeito à expansão ou à contração, e não um cosmos permanentemente estático. Naquele período, a ideia dominante era a de que o universo permanecia essencialmente inalterado ao longo de sua história.

Para compatibilizar suas equações com esse cenário, Einstein introduziu uma "constante cosmológica", representada pela letra grega Lambda (Λ). O termo já era matematicamente permitido pela relatividade geral e pode ser entendido como uma influência gravitacional associada ao próprio espaço-tempo, inclusive na ausência de matéria.

O efeito provocado pela constante depende de seu valor e pode resultar em atração ou repulsão. Einstein escolheu um valor capaz de compensar a atração gravitacional exercida pela matéria. Dessa forma, o modelo poderia descrever um universo estável.

Essa interpretação, contudo, seria revista pouco tempo depois.

A descoberta da expansão do universo

Nos anos seguintes, Edwin Hubble encontrou evidências de que o universo estava em expansão. Paralelamente, pesquisadores como o cosmólogo russo Alexander Friedmann exploraram as consequências das equações da relatividade geral para um cosmos dinâmico e estabeleceram parte da estrutura teórica que posteriormente sustentaria a teoria do Big Bang.

Einstein abandonou a constante cosmológica após essas descobertas. Anos mais tarde, relataria a amigos que introduzi-la havia sido seu "maior erro".

A história da constante cosmológica, no entanto, ganhou outro capítulo décadas depois.

Em 1998, duas equipes de astrônomos investigavam uma divergência nas estimativas sobre a quantidade de matéria existente no universo. Diferentes métodos de observação apontavam resultados distintos: alguns sugeriam uma quantidade relativamente pequena de matéria, enquanto outros indicavam valores maiores.

A expansão cósmica já era conhecida. Como a matéria exerce atração gravitacional, a expectativa era que sua presença reduzisse progressivamente a velocidade dessa expansão. Os pesquisadores pretendiam medir essa desaceleração para estimar a quantidade de matéria no cosmos.

As observações mostraram um comportamento diferente: em vez de perder velocidade, a expansão do universo estava acelerando.

Os dados continuavam compatíveis com um universo que continha relativamente pouca matéria. Mesmo assim, a quantidade estimada não explicava a aceleração observada. Era necessário incorporar ao modelo um componente capaz de produzir esse comportamento em escala cosmológica.

A constante cosmológica voltou, então, às equações. Um efeito constante associado ao espaço e capaz de produzir repulsão cósmica oferecia uma forma de descrever a aceleração registrada nas observações. A ideia que Albert Einstein havia abandonado décadas antes passou novamente a integrar os modelos usados para explicar a evolução do universo.

Energia escura entra no modelo cosmológico

Nas décadas de 1980 e 1990, cosmólogos haviam consolidado uma estrutura conhecida como Modelo Padrão da Cosmologia. A descoberta da expansão acelerada exigiu que essa descrição fosse modificada para incorporar os novos resultados observacionais.

Dessa mudança surgiu a cosmologia ΛCDM, modelo usado para descrever a evolução do universo desde o Big Bang. O símbolo Lambda corresponde à constante cosmológica, associada à chamada energia escura.

Já CDM vem de cold dark matter, matéria escura fria, componente que, segundo o modelo, responde por grande parte da matéria presente nas estruturas cósmicas. A natureza da matéria escura constitui uma questão distinta; neste caso, o elemento central é o Lambda.

O ΛCDM reúne poucos parâmetros ajustáveis e um conjunto limitado de pressupostos baseados na relatividade geral, mas consegue reproduzir diferentes observações sobre a história e a estrutura do cosmos.

Entre os fenômenos descritos pelo modelo estão a expansão do universo, a radiação cósmica de fundo, as oscilações acústicas de bárions, conhecidas pela sigla BAO, do inglês baryon acoustic oscillations, o crescimento das galáxias e a formação das estruturas cósmicas em grande escala.