“21厘米宇宙學”新望遠鏡開建 揭示暗能量奧秘

科學研究表明，與人類熟知的能量形式不同，暗能量占據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?

北京時間7月6日晚，國際合作宇宙學項目BINGO全球啟動，成為在宏偉科學目標驅動下實施的大科學裝置項目。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基金委重點項目支持。其中，來自中國的上海交通大學、揚州大學和中國電科網絡通信研究院等為核心參與單位，將與全球科學家一起建造用于觀測來自深空的中性氫氣體的射電望遠鏡，揭示大宇宙結構和暗能量奧秘。

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)能級超精細結構之間的躍遷，會產生電磁波波長為21厘米的線輻射，也就是“中性氫21厘米線”，成為研究宇宙結構和演化的強有力工具。“21厘米宇宙學”應運而生，標志著研究宇宙大尺度結構、暗物質和暗能量的嶄新時代即將全面開啟。

21厘米宇宙學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個數量級。目前，無論是射電天文界還是信號處理領域，均無應對如此嚴重強干擾的經驗。因此，BINGO項目的大型單口徑射電望遠鏡，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。

側重研究大爆炸以來

國際上已經建成和正在設計建造的一系列大型射電望遠鏡，都瞄準21厘米宇宙學。近年來，包括我國的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)在內，數個單口徑天文望遠鏡項目先后加入21厘米宇宙學領域的競爭。與BINGO項目相似，這一類射電設施有其自身優(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振蕩現象，揭示暗能量的物理本質。

BINGO項目現由巴西圣保羅大學領導，英國曼徹斯特大學、英國倫敦大學學院、瑞士聯(lián)邦理工學院以及中國團隊所在的各單位參與。項目首席科學家、巴西科學院院士、巴西圣保羅大學Abdalla教授表示，暗能量的本質是當代自然科學研究中的重大難題，也是極有可能孕育新物理發(fā)現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振蕩等現象的物理信息，將對宇宙膨脹歷史以及暗能量本質的認識提升到一個全新階段。”

中國三方團隊擔重任

目前，中國團隊承擔BINGO理論模板、強前景干擾扣除算法以及望遠鏡基建等核心任務，由上海交大教授王斌擔任國際合作項目的共同首席科學家。不僅上海交大航空航天學院參與其中，物理天文學院和電子信息與電氣工程學院也長期合作，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。

揚州大學引力與宇宙學中心聚集了多國青年才俊，結合觀測開展有特色的宇宙大尺度結構研究和與BINGO相關的科學預研究，已成為國內引力與宇宙學研究重要基地之一。中國電科網絡通信研究院(原電子工業(yè)部54所)負責BINGO射電望遠鏡的鏡面設計與制造，并優(yōu)化設計接收喇叭天線。(記者 徐瑞哲)

關鍵詞： 21厘米宇宙學 望遠鏡 暗能量 大爆炸