中巴合作射电望远镜进入组装阶段 探测暗能量揭示宇宙演化之谜

问题——宇宙为何加速膨胀,驱动力究竟是什么?

现代宇宙学研究普遍认为,宇宙在引力作用之外存在促使空间加速伸展的成分,被称为暗能量。

它看不见、摸不着,却可能决定宇宙的长期命运:膨胀将持续、趋缓,还是走向更剧烈的加速,取决于暗能量的性质与演化规律。

围绕这一前沿问题,国际观测与理论持续推进,但在精度、系统误差控制、观测尺度覆盖等方面仍面临挑战。

原因——在暗能量研究中,“怎么测”比“怎么想”更关键。

自20世纪20年代红移观测揭示宇宙膨胀以来,人们曾长期预期引力会让膨胀逐步减速。

1998年对Ia型超新星的观测结果表明宇宙膨胀不降反升,促使暗能量概念被纳入宇宙学标准模型。

要进一步理解暗能量,需要在更大尺度、更宽红移范围内对膨胀历史进行精密测量。

重子声学振荡(BAO)由此成为关键工具之一:宇宙早期炽热等离子体中,在引力与辐射压相互作用下形成密度波,宇宙冷却后这些“涟漪”被冻结在大尺度结构中,形成近似固定的“标准尺”。

宇宙膨胀会等比例拉伸这一尺度,测准其随时间的变化,便能反推膨胀史并对暗能量参数作出约束。

影响——要读准“标准尺”,必须找到覆盖广、可追踪的大尺度物质分布信号。

中性氢是宇宙中分布最广的示踪物质之一,其21厘米谱线可用于描绘不同红移下的物质分布,从而重建跨越多个宇宙年代的结构演化图景。

与光学巡天相比,21厘米观测在大面积、连续红移覆盖上具有潜力,能够形成对现有观测手段的重要补充。

然而,这一路径也更“吃硬功”:中性氢信号在传播中衰减明显,且受到星系前景辐射、地面无线电干扰等影响,信号强度往往显著低于背景噪声。

如何在复杂噪声中提取微弱信号,并对系统误差进行标定与剥离,是21厘米宇宙学走向高精度的门槛。

对策——在这样的科学与工程背景下,BINGO项目应运而生并加快推进。

该项目由中国、巴西、英国、法国等国科研团队联合开展,计划在巴西帕拉伊巴州建设一台大视场单口径射电望远镜,聚焦宇宙中性氢信号的强度测绘。

2025年9月,BINGO主体结构由中国顺利运抵巴西,标志着设备建设进入组装调试的关键阶段。

中方科研机构参与理论设计与关键设备研制,与合作方共同推进工程落地和观测体系建设。

项目选址于亚马孙雨林区域,得益于当地相对优越的电磁环境:人烟稀少、无线电干扰源相对有限,雨林与周边地形也形成一定的天然屏障,有助于降低外来噪声对观测的影响。

与此同时,算法与数据处理能力的进步,为大规模前景分离、系统误差建模、信号统计测量提供了更可靠的技术支撑。

前景——随着BINGO进入调试与后续观测阶段,项目有望在几个方面形成增量贡献:一是通过21厘米强度测绘,提供独立的BAO测量结果,与光学巡天、超新星测距、宇宙微波背景等手段相互校验,提升暗能量约束的稳健性;二是为研究宇宙大尺度结构的形成与演化提供数据支撑,推动相关理论模型的检验与更新;三是带动射电观测设备、标定与数据管线等关键环节的联合攻关,为更多国际合作项目积累工程与组织经验。

业界普遍认为,随着观测设施完善、干扰环境评估与抑制体系逐步成熟,21厘米宇宙学正从概念验证走向规模化观测,未来在高精度宇宙学中的地位有望进一步提升。

当人类将目光投向138亿光年的宇宙深处,BINGO项目犹如架设在赤道上的科学之桥,不仅连接起中巴两国的科研智慧,更将为我们解码暗能量、理解宇宙命运提供关键密钥。

这项合作证明,在探索自然终极奥秘的征程上,国际科技协作正开创着超越地域局限的新范式。