7月6日，由我國科學(xué)家參與的國際合作宇宙學(xué)項目——BINGO正式啟動。該項目首席科學(xué)家、揚州大學(xué)王斌教授在接受科技日報記者采訪時說：“我們將與全球科學(xué)家一起建造觀測來自深空的中性氫氣體的射電望遠(yuǎn)鏡，通過對宇宙不同演化時期中性氫氣體21厘米線輻射的精確觀測，揭示宇宙演化物理本質(zhì)以及暗能量本質(zhì)。”

伴隨著技術(shù)進步，人類對宇宙中性氫氣體的21厘米線進行精確觀測已成為可能，21厘米宇宙學(xué)正快速進入人們的視野，成為天文學(xué)家探索宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、暗物質(zhì)分布、暗能量狀態(tài)方程的強有力工具。

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的“錄音記錄”

宇宙中存在大量中性氫氣體，這些氣體中的氫原子基態(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(中性氫21厘米線)，是研究宇宙結(jié)構(gòu)和演化的有力工具。伴隨著技術(shù)進步，著重于對中性氫21厘米線開展觀測研究的21厘米宇宙學(xué)已逐漸進入人們的視野，標(biāo)志著研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、暗物質(zhì)和暗能量的一個嶄新時代即將全面開啟。

王斌介紹，暗能量的本質(zhì)是當(dāng)代自然科學(xué)中的重大難題，同時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。BINGO項目名稱的含義，即是通過對宇宙中中性氫氣體的觀測來捕捉重子聲學(xué)振蕩信號(BAO)。

標(biāo)準(zhǔn)重子聲學(xué)振蕩被喻為宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的“錄音記錄”，是測量宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的尺，通過探測不同紅移處的重子聲學(xué)振蕩，科學(xué)家可以測量宇宙膨脹率隨時間的變化，從而精確測量暗能量狀態(tài)方程等關(guān)鍵宇宙學(xué)參數(shù)，揭示宇宙加速膨脹的奧秘。

王斌告訴記者，與其他項目相比，BINGO所關(guān)注的紅移區(qū)間有所不同，更注重于宇宙開始加速膨脹后的時期(即大爆炸之后9億年以來的時期)。特別是通過一種有效的巡天方式——強度映射巡天(Intensity Mapping)，BINGO可以以極高的效率獲得中性氫在大尺度上的分布，聚焦于揭示重子聲學(xué)振蕩現(xiàn)象和暗能量的物理本質(zhì)。

21厘米宇宙學(xué)領(lǐng)域競爭激烈

“目前，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)鏡設(shè)備都瞄準(zhǔn)了21厘米宇宙學(xué)，這標(biāo)志著宇宙學(xué)的新時代正在開啟。”王斌說，近年來，包括我國的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)等在內(nèi)的數(shù)個單口徑天文望遠(yuǎn)鏡項目，也先后加入了21厘米宇宙學(xué)領(lǐng)域的競爭。此類射電望遠(yuǎn)鏡設(shè)施擁有顯著優(yōu)勢，可實現(xiàn)相對快速的巡天觀測。

目前所有對于重子聲學(xué)振蕩的測量都是通過光學(xué)手段，也就是使用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，在較低紅移處得到的，受儀器探測能力和系統(tǒng)誤差影響較大。觀測21厘米線使用的是射電望遠(yuǎn)鏡。射電觀測被認(rèn)為是未來探測更遙遠(yuǎn)宇宙中物質(zhì)分布的有力手段之一。通過觀測宇宙中最常見的成分中性氫在原子基態(tài)能級改變時以21厘米波長發(fā)出的電磁輻射，可以精確測量中性氫分布的功率譜。中性氫射電觀測所依賴的示蹤物不同于光學(xué)觀測，可拓寬重子聲學(xué)振蕩觀測的紅移范圍。

而BINGO項目則是利用射電波，通過對宇宙中中性氫氣體的觀測來捕捉重子聲學(xué)振蕩信號，從而可以更好地揭示暗能量的本質(zhì)。

BINGO項目的建設(shè)和運行不僅對空間科學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的科學(xué)研究、隊伍建設(shè)和人才培養(yǎng)具有非常重要的意義，也將有力促進信息、電子、機械等相關(guān)學(xué)科的進一步融合交叉，提升這些學(xué)科的創(chuàng)新能力，優(yōu)化交叉型新工科人才的培養(yǎng)，對于我國開展相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究起到重要的推動作用。

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，我國科學(xué)家團隊主要承擔(dān)BINGO理論模板、強前景干擾扣除算法、望遠(yuǎn)鏡基建等核心任務(wù)，以及開展相關(guān)科學(xué)研究。(科技日報記者 過國忠  通訊員 虞璐 吳健聘)

關(guān)鍵詞： 21厘米宇宙學(xué) 宇宙演化 暗能量 暗物質(zhì)