“21厘米宇宙學(xué)”新望遠(yuǎn)鏡開建 揭示暗能量奧秘

科學(xué)研究表明，與人類熟知的能量形式不同，暗能量占據(jù)全部宇宙的七成左右，是宇宙加速膨脹的最大推手。然而，這種謎一般的存在，如何獲取天文觀測證據(jù)?

北京時間7月6日晚，國際合作宇宙學(xué)項目BINGO全球啟動，成為在宏偉科學(xué)目標(biāo)驅(qū)動下實施的大科學(xué)裝置項目。記者了解到，這項計劃獲得巴西、英國、法國、瑞士及中國國家自然科學(xué)基金委重點項目支持。其中，來自中國的上海交通大學(xué)、揚州大學(xué)和中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院等為核心參與單位，將與全球科學(xué)家一起建造用于觀測來自深空的中性氫氣體的射電望遠(yuǎn)鏡，揭示大宇宙結(jié)構(gòu)和暗能量奧秘。

選址巴西無人區(qū)

BINGO項目由一連串英文單詞的首字母組成，其核心詞組為“中性氫氣體觀測”?？梢?，其試圖捕獲的“關(guān)鍵物證”，正是宇宙中大量存在的中性氫氣體。

這些氣體中的氫原子，在基態(tài)能級超精細(xì)結(jié)構(gòu)之間的躍遷，會產(chǎn)生電磁波波長為21厘米的線輻射，也就是“中性氫21厘米線”，成為研究宇宙結(jié)構(gòu)和演化的強有力工具。“21厘米宇宙學(xué)”應(yīng)運而生，標(biāo)志著研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、暗物質(zhì)和暗能量的嶄新時代即將全面開啟。

21厘米宇宙學(xué)觀測中所面臨的一大挑戰(zhàn)就是“強前景”的干擾。這些前景干擾來自人工的無線電發(fā)射裝置，以及銀河系和銀河系外眾多星系中的黑洞，其強度比21厘米線的信號強至少4到5個數(shù)量級。目前，無論是射電天文界還是信號處理領(lǐng)域，均無應(yīng)對如此嚴(yán)重強干擾的經(jīng)驗。因此，BINGO項目的大型單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，臺址選擇在杳無人煙的巴西Paraiba地區(qū)，靠近亞馬遜森林，最大限度消除人工電磁信號源干擾。

側(cè)重研究大爆炸以來

國際上已經(jīng)建成和正在設(shè)計建造的一系列大型射電望遠(yuǎn)鏡，都瞄準(zhǔn)21厘米宇宙學(xué)。近年來，包括我國的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)在內(nèi)，數(shù)個單口徑天文望遠(yuǎn)鏡項目先后加入21厘米宇宙學(xué)領(lǐng)域的競爭。與BINGO項目相似，這一類射電設(shè)施有其自身優(yōu)點，能夠相對快速地進行巡天觀測。

目前，BINGO項目也是國際“平方公里陣(SKA)”項目的探路者計劃之一。與其他探路者項目相比，BINGO項目側(cè)重于研究宇宙開始加速膨脹后，也就是宇宙大爆炸后90億年以來，有希望通過有效研究重子聲學(xué)振蕩現(xiàn)象，揭示暗能量的物理本質(zhì)。

BINGO項目現(xiàn)由巴西圣保羅大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，英國曼徹斯特大學(xué)、英國倫敦大學(xué)學(xué)院、瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院以及中國團隊所在的各單位參與。項目首席科學(xué)家、巴西科學(xué)院院士、巴西圣保羅大學(xué)Abdalla教授表示，暗能量的本質(zhì)是當(dāng)代自然科學(xué)研究中的重大難題，也是極有可能孕育新物理發(fā)現(xiàn)的最前沿科研問題之一。“通過BINGO項目，人類將能在更好的尺度和精度上獲得重子聲學(xué)振蕩等現(xiàn)象的物理信息，將對宇宙膨脹歷史以及暗能量本質(zhì)的認(rèn)識提升到一個全新階段。”

中國三方團隊擔(dān)重任

目前，中國團隊承擔(dān)BINGO理論模板、強前景干擾扣除算法以及望遠(yuǎn)鏡基建等核心任務(wù)，由上海交大教授王斌擔(dān)任國際合作項目的共同首席科學(xué)家。不僅上海交大航空航天學(xué)院參與其中，物理天文學(xué)院和電子信息與電氣工程學(xué)院也長期合作，聯(lián)合建立一支低頻射電天文研究團隊，致力于發(fā)展強干擾條件下極微弱天文信號的識別和提取。

揚州大學(xué)引力與宇宙學(xué)中心聚集了多國青年才俊，結(jié)合觀測開展有特色的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)研究和與BINGO相關(guān)的科學(xué)預(yù)研究，已成為國內(nèi)引力與宇宙學(xué)研究重要基地之一。中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院(原電子工業(yè)部54所)負(fù)責(zé)BINGO射電望遠(yuǎn)鏡的鏡面設(shè)計與制造，并優(yōu)化設(shè)計接收喇叭天線。(記者 徐瑞哲)

關(guān)鍵詞： 21厘米宇宙學(xué) 望遠(yuǎn)鏡 暗能量 大爆炸