“半管”望远镜将探测“少年”宇宙

旨在摸清暗能量是否随着时间流逝而变化

CHIME望远镜将用来搜寻古老星系释放的无线电波。图片来源：Mark Halper

本报讯依赖最初为电脑游戏和移动电话开发的技术，一座看起来像滑雪者使用的半管坡道的天文台，将很快被用来填补宇宙论研究中的一个至关重要的缺口——宇宙在还是一个少年时到底做了些什么。

这些信息将让宇宙学家能够测量暗能量——正是它促使宇宙加速膨胀——的强度是否随着时间的流逝而改变，而这恰好是支配宇宙命运的一个悬而未决的问题。

尽管典型的射电望远镜都是“圆盘子”，但加拿大氢强度映射实验（CHIME）却由4个100米长的半圆柱形天线构成。CHIME位于不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿附近。

从2016年开始，CHIME的半管状天线将开始探测由遥远星系的氢释放的无线电波。温哥华英属哥伦比亚大学实验宇宙学家、CHIME负责人Mark Halpern表示，这些观测将成为对100亿年前至80亿年前之间宇宙膨胀率的首个测量，这一时期的宇宙“恰好从一个小孩变成了成人”。

研究表明，从宇宙大爆炸到距今138亿年前，宇宙膨胀的速度一直很慢。Halpern说，但是在宇宙“青春期”的某个地方，最终将宇宙缓慢膨胀变为今天观测到的加速膨胀的暗能量开始逐渐被感受到。

然而迄今为止，这一时间的窗口已经关闭。宇宙学家测量宇宙过去的膨胀率通常都是利用一些古老的天体，例如超新星爆发以及星系间的空洞，它们距离地球是如此之远，以至于光线现在才抵达地球。在过去几十年中，这些天体揭示了在过去超过60亿年的时间里，宇宙一直在加速膨胀。而对类星体的研究则显示，直到距今100亿年前，宇宙的膨胀依然很慢。

但是宇宙学家一直难以测量在此期间的宇宙膨胀率，从而留下了一个悬而未决的问题，即暗能量排斥力的强度是否随着时间流逝而改变。

设计CHIME的目的正是为了填补这一空白，滑铁卢市理论物理周边研究所天体物理学家Kendrick Smith这样指出，他将负责CHIME数据的分析工作。

半管状天线将使得CHIME能够接收到沿着一个狭长的直线区域来自任何地方、任何指定时间的无线电波。Smith说：“随着地球的自转，这一直线形状将扫过整个天空。”

为了搞清一些单独的信号来自何方，一台定制的超级计算机将使用之前为电脑游戏开发的技术在每秒钟处理近1太字节的数据。研究人员同时还将使用最初为移动电话研制的信号放大器。联合领导该项目的多伦多大学实验宇宙学家Keith Vanderlinde表示，如果没有这些强大的电子元器件，CHIME的成本将非常高昂。

CHIME的超级计算机将特别关注波长代表110亿年前到70亿年前的无线电波，这些无线电波是由星际空间中的氢释放的。研究人员随后将尝试去掉来自银河系及地球的具有相同波长的“无线电噪声”。

Vanderlinde指出，CHIME并不能用这种方法区分个别星系，将有成百上千个星系共同出现。这将让研究人员能够绘制星系团之间空洞的膨胀率，从而最终计算出这一时期的暗能量强度。

在物理宇宙学中，暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种。在宇宙标准模型中，暗能量占据宇宙68.3%的质能。（赵熙熙）