犹他州沙漠中的巨型射电望远镜可以揭示宇宙的隐藏角落——以及全新的物理学

By Paul Sutter published 21 hours ago

Cosmology

科学家们說，在犹他州沙漠中建造一个巨大的新射电望远镜阵列——被称为2000年深天气阵列——可能揭开天文学中一些最大的傑出秘密。

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南非貓鼬射电望远镜阵列的合成图像，背景中有巨大的宇宙射电气泡。一個名为2000年深天气阵列（Deep Synoptic array 2000）的类似阵列已被提议在犹他州沙漠中建造。(Image credit: South African Radio Astronomy Observatory (SARAO))

为犹他州沙漠提出的一個巨大陣列的射电天线可以进步我们的物理学的理解，并帮助我们解码宇宙无线电信号。现在，科学家们已经概述了它將如何工作。

从20世纪50年代开始，射电天文学已經打開一個宇宙的内部运作的强大的觀望，揭示从恒星如何形成到我们银河系巨大黑洞的令人难以置信的图像的一切。现在，天文学家正在建造一个巨大的射电天线阵列，称为深天氣阵列2000（DSA-2000）。该阵列由2000个无线电天线组成，每个天线跨度16英尺（5米），布置在犹他州沙漠中一个无线电靜默的地方。

现在，一个国际天文学家团队已经证明了DSA-2000将如何是一個揭示宇宙中一些最隐蔽的角落、粒子和过程的首选仪器。

该团队在5月份上传到预印本数据库arXiv的一篇论文中解释说，由于DSA-2000将有宽视场和高分辨率，它将像世界上终极数码相机一样但在射频下。这些能力将允許DSA-2000來检测到我们用目前的射电望远镜不能检测到的各种现象。

宇宙中有一整個多的未被探索的无线电發射。例如，天文学家认为每个星系的绝大多数质量都以暗物质的形式而來，这是一种迄今为止逃避了被直接探测到的看門不見的实体。

暗物质的一个潜在候选被称为轴子，这是一种假设的粒子，比已知最轻的粒子更轻数万亿倍。軸子能圍繞密集天体聚集，在极强磁场的影响下（中子星有极强的磁场）它们能转化为频率范围刚好合适的光子，DSA-2000可以拾起这些信号。

暗物质的另一个候选被称为暗光子，它就像我们正常熟悉的光子（光粒子）一樣但……是暗的。暗光子也能圍繞中子星聚集，由于恒星的极端旋转它们能在那里被鞭打变得疯狂。在一个称为超辐射的过程中暗光子被提升到极高的能量，在那里它们开始与规则光子共振，发出可以被DSA-2000直接检测到的信号。

这意味着DSA-2000可能潛在為我们提供宇宙中一种新形式的物质的首次直接一瞥。但这还不是全部。

2023年，NANOGrav实验的天文学家宣布通过脉冲星计时阵列探测引力波。DSA-2000可以把那個更进一步，通過精确测量大约3000颗以规则间隔脉动的快速旋转中子星脉冲星的自转速度。这将允許新仪器來發現脉冲星的自转中的任何细微变化，例如那些由于看不见的轨道伴星如黑洞或小团暗物质的。

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最后，DSA-2000可以探测到数万个快速射电暴（FRB）——在无线电频谱中表现为光点和气泡的巨大爆炸。这一前所未有的探测数量将允許科学家來建立一個附近的宇宙的廣汎的勘測，这将幫助我们了解从暗能量到被称为中微子的幽灵粒子的性质的一切。

宇宙正试图向我们耳语它的秘密。如果我们足够仔细听所有的答案都在那里。

https://www.livescience.com/space/cosmology/giant-radio-telescope-in-the-utah-desert-could-reveal-hidden-corners-of-the-cosmos-and-brand-new-physics