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    揭示宇宙結構 中外科學家將合作建造大型望遠鏡

    發布時間:2021-07-07 17:34
      近日,國際合作射電宇宙學項目BINGO宣布全球啟動。中國科學家團隊將和巴西、英國、法國、瑞士等多國科學家共同建造一臺特殊的觀測中性氫氣體的射電望遠鏡,揭示宇宙結構和暗能量的奧秘。該項目得到巴西、英國、法國、瑞士及中國國家自然科學基金委重點項目支持。
     
      這架專門用于觀測宇宙中性氫氣體的大型單口徑射電望遠鏡將建于杳無人煙的亞馬遜森林邊,可最大限度避免人工無線電發射源的干擾。此外,BINGO 項目還采用了已在美國WMAP和歐洲Planck空間項目成果應用的強度映射(Intensity Mapping)和信號干涉等先進成熟的技術,有針對性地設計了特殊的信號收集系統,可以進一步減少干擾源的影響,從而提高數據質量。該望遠鏡預計于今年年底建成,明年開始收集數據。
     
      在BINGO項目中,中國團隊承擔了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。上海交通大學、揚州大學、中國電科網絡通信研究院等科研機構組成了該團隊的核心。他們的工作將側重于通過測量和分析功率譜信號中的重子聲波振蕩信息,優化宇宙學距離的計算方法并精確確定宇宙膨脹率,揭示暗能量和暗物質屬性、檢驗修改引力并測量中微子質量。
     
      BINGO項目建設和運行不僅對空間科學、物理學、天文學等學科的科學研究、隊伍建設和人才培養具有非常重要的意義,也將有力促進信息、電子、機械等相關學科的一步融合交叉,提升這些學科的創新能力,優化交叉型新工科人才的培養。科學家組成員、長江學者、上海交通大學航空航天學院特聘教授王斌認為,BINGO項目能夠從根本層面上回答宇宙學的一些最基本關鍵問題,而隨著這些問題的解答,人類對宇宙的認識也將進入一個新時代。另外,從時間軸上看,BINGO項目的啟動也恰逢其時,可為未來我國的FASTA(中國FAST陣列)和國際SKA項目積累寶貴技術經驗并培養關鍵人才。
     
      BINGO的含義是通過觀測宇宙中的中性氫氣體來捕捉重子聲學振蕩信號。宇宙中存在大量中性氫氣體,這些氣體中的氫原子基態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,即中性氫21厘米線。
     
      早在2018年, 《自然》雜志刊文宣布天文學家成功捕捉到了宇宙再電離時期的21厘米中性氫原子信號,探測到了宇宙的“第一縷曙光”——大爆炸后1.8億年,宇宙的第一批恒星誕生了。這意味著天文學對宇宙“黑暗時代”的研究,翻開了一個新的篇章。
     
      未來,伴隨著技術進步,對宇宙中性氫21厘米線進行精確觀測已成為可能,“21厘米宇宙學”正在國際天文學界興起。目前,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設備都瞄準了這一方向,一個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。
     
      事實上,國際上已建成一批相關的宇宙學射電觀測裝置,比較著名的有LOFAR(歐洲)、WMA(澳大利亞)和MeerKAT(南非)等射電干涉陣列。我國也先后以國家天文臺的力量建成了21CMA和天籟等射電觀測陣列,從而躋身21厘米宇宙學的國際競爭之列。
     
      項目科學家、巴西科學院院士、巴西圣保羅大學Abdalla教授指出,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的階段。

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