“21厘米宇宙学”新望远镜开建 揭示暗能量奥秘

科学研究表明，与人类熟知的能量形式不同，暗能量占据全部宇宙的七成左右，是宇宙加速膨胀的最大推手。然而，这种谜一般的存在，如何获取天文观测证据?

北京时间7月6日晚，国际合作宇宙学项目BINGO全球启动，成为在宏伟科学目标驱动下实施的大科学装置项目。记者了解到，这项计划获得巴西、英国、法国、瑞士及中国国家自然科学基金委重点项目支持。其中，来自中国的上海交通大学、扬州大学和中国电科网络通信研究院等为核心参与单位，将与全球科学家一起建造用于观测来自深空的中性氢气体的射电望远镜，揭示大宇宙结构和暗能量奥秘。

选址巴西无人区

BINGO项目由一连串英文单词的首字母组成，其核心词组为“中性氢气体观测”。可见，其试图捕获的“关键物证”，正是宇宙中大量存在的中性氢气体。

这些气体中的氢原子，在基态能级超精细结构之间的跃迁，会产生电磁波波长为21厘米的线辐射，也就是“中性氢21厘米线”，成为研究宇宙结构和演化的强有力工具。“21厘米宇宙学”应运而生，标志着研究宇宙大尺度结构、暗物质和暗能量的崭新时代即将全面开启。

21厘米宇宙学观测中所面临的一大挑战就是“强前景”的干扰。这些前景干扰来自人工的无线电发射装置，以及银河系和银河系外众多星系中的黑洞，其强度比21厘米线的信号强至少4到5个数量级。目前，无论是射电天文界还是信号处理领域，均无应对如此严重强干扰的经验。因此，BINGO项目的大型单口径射电望远镜，台址选择在杳无人烟的巴西Paraiba地区，靠近亚马逊森林，最大限度消除人工电磁信号源干扰。

侧重研究大爆炸以来

国际上已经建成和正在设计建造的一系列大型射电望远镜，都瞄准21厘米宇宙学。近年来，包括我国的500米口径球面射电望远镜(FAST)在内，数个单口径天文望远镜项目先后加入21厘米宇宙学领域的竞争。与BINGO项目相似，这一类射电设施有其自身优点，能够相对快速地进行巡天观测。

目前，BINGO项目也是国际“平方公里阵(SKA)”项目的探路者计划之一。与其他探路者项目相比，BINGO项目侧重于研究宇宙开始加速膨胀后，也就是宇宙大爆炸后90亿年以来，有希望通过有效研究重子声学振荡现象，揭示暗能量的物理本质。

BINGO项目现由巴西圣保罗大学领导，英国曼彻斯特大学、英国伦敦大学学院、瑞士联邦理工学院以及中国团队所在的各单位参与。项目首席科学家、巴西科学院院士、巴西圣保罗大学Abdalla教授表示，暗能量的本质是当代自然科学研究中的重大难题，也是极有可能孕育新物理发现的最前沿科研问题之一。“通过BINGO项目，人类将能在更好的尺度和精度上获得重子声学振荡等现象的物理信息，将对宇宙膨胀历史以及暗能量本质的认识提升到一个全新阶段。”

中国三方团队担重任

目前，中国团队承担BINGO理论模板、强前景干扰扣除算法以及望远镜基建等核心任务，由上海交大教授王斌担任国际合作项目的共同首席科学家。不仅上海交大航空航天学院参与其中，物理天文学院和电子信息与电气工程学院也长期合作，联合建立一支低频射电天文研究团队，致力于发展强干扰条件下极微弱天文信号的识别和提取。

扬州大学引力与宇宙学中心聚集了多国青年才俊，结合观测开展有特色的宇宙大尺度结构研究和与BINGO相关的科学预研究，已成为国内引力与宇宙学研究重要基地之一。中国电科网络通信研究院(原电子工业部54所)负责BINGO射电望远镜的镜面设计与制造，并优化设计接收喇叭天线。(记者 徐瑞哲)

关键词： 21厘米宇宙学 望远镜 暗能量 大爆炸