中国参建BINGO射电望远镜进入组装调试阶段,为探测暗能量提供“标准尺”新证据

宇宙加速膨胀的动力之谜 现代宇宙学研究表明,宇宙正在加速膨胀,而驱动该现象的神秘力量被称为暗能量。这一发现源于1998年对Ⅰa型超新星的观测,彻底改写了人类对宇宙演化的认识。在此之前,科学家普遍认为宇宙膨胀会因引力作用而逐渐减速。但观测数据显示,宇宙膨胀非但未减速,反而在加速进行,这意味着存在某种排斥力与引力相抗衡。扬州大学引力与宇宙学研究中心负责人王斌将暗能量比作"内置于空间中的排斥力"。虽然暗能量看不见、摸不着,但其对宇宙整体膨胀产生的巨大力学效应可以被间接证实。探测暗能量、揭示其本质,已成为当代宇宙学研究的前沿课题,也是理解宇宙过去与未来的关键。 重子声学振荡的"标准尺" 要测量暗能量的作用,科学家需要找到一把可靠的"标准尺"。重子声学振荡(BAO)技术应运而生。BAO是宇宙大尺度结构上的规则图案,其物理尺度在宇宙膨胀过程中会等比例拉伸。这一现象源于宇宙诞生初期,重子与光子构成的炽热"等离子汤"在引力和辐射压的作用下形成向外传播的密度波。当宇宙冷却后,这些波被瞬间"冻结",在宇宙中留下涟漪印记,如同一把凝固的"标准尺"。通过精确测量不同时期BAO尺度的变化,科学家可以推算出宇宙膨胀的速率,进而探究暗能量的性质和演化规律。 中性氢信号的宇宙地图 要读准这把"标准尺",关键在于找到合适的"示踪剂"。中性氢正是这样的示踪剂。氢元素是构成宇宙间各种物质最主要、最普遍的基础原料。当氢原子在特定能级间跃迁时,会发射或吸收波长为21厘米的光子,这是属于中性氢的专属"身份证"。利用射电望远镜接收不同红移下的21厘米辐射强度,科学家能够勾勒出跨越大量宇宙年代的中性氢地图,进而了解不同时期BAO尺度的变化情况。 然而,中性氢信号经过无数光年的传播到达地球时已严重衰减,其强度比背景噪音低4到5个量级。扬州大学引力与宇宙学研究中心教授吴健聘形象地比喻说,利用中性氢信号观测宇宙,就像在人声鼎沸的体育场里听清一根针掉在地上,并精确测量其位置。近年来,得益于观测设备、分离算法等技术进步,21厘米宇宙学迎来了巨大进步,对应的研究正处在集中爆发的前夜。 BINGO项目的国际合作 为了实现这一科学目标,由中国、巴西、英国、法国等国联合开展的BINGO项目于2021年正式启动。项目计划由中巴共同出资,在巴西帕拉伊巴州建设一台直径40米的大视场射电望远镜,用于观测宇宙中性氢信号。中国在这一目中承担了主体结构的设计与制造工作,扬州大学引力与宇宙学研究中心承担部分理论设计,中国电科网络通信研究院参与了核心设备的建造。 选址在亚马孙雨林深处的BINGO望远镜优势在于得天独厚。项目首席科学家之一、巴西圣保罗大学教授埃尔西·阿卜杜拉指出,杳无人烟的亚马孙雨林拥有全球极佳的电磁环境。茂密的雨林和周围山脉形成了天然屏障,能够阻挡和吸收来自远方的无线电噪音,为BINGO提供了良好的观测条件。这一地理优势对于接收微弱的中性氢信号至关重要。 2025年9月,BINGO主体结构由中国顺利运抵巴西,标志着该项目进入组装调试阶段。建成后的BINGO将成为观测宇宙中性氢气体的大型单口径射电天文望远镜,通过研究氢的谱线,分析宇宙的结构与演化,对国际空间研究具有重要作用和意义。

从敦煌壁画中的飞天幻想到现代深空探测的坚实足迹,人类对宇宙本质的追问从未停歇;BINGO项目犹如架设在热带雨林中的时空听诊器,其收集的每一条数据曲线都可能改写我们对宇宙命运的认知。当多国科学家携手解读这本用21厘米波谱写就的"宇宙日记",人类文明正以更谦逊而坚定的姿态接近那个终极答案——我们究竟身处在怎样的时空之中?