星空有約|中國(guó)科學(xué)家在深海打造中微子望遠(yuǎn)鏡

人們靠什么了解宇宙？除了看得見(jiàn)的光，還有神秘的中微子。它們幾乎不與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可以從致密的天體環(huán)境當(dāng)中逃離出來(lái)，是研究極端宇宙的利器。

上海交通大學(xué)李政道研究所李政道學(xué)者、項(xiàng)目首席科學(xué)家徐東蓮表示，團(tuán)隊(duì)正在海底打造一臺(tái)性能超強(qiáng)的中微子望遠(yuǎn)鏡海鈴，通過(guò)捕捉高能中微子解答宇宙射線(xiàn)起源等未解謎題。

海鈴?fù)h(yuǎn)鏡項(xiàng)目負(fù)責(zé)人景益鵬院士介紹項(xiàng)目（2023年10月10日攝）。新華社記者劉穎 攝

作為數(shù)量?jī)H次于光子的次原子粒子，中微子的誕生往往與宇宙中的極端事件有關(guān)，比如宇宙大爆炸、超新星爆發(fā)、雙中子星并合、黑洞爆發(fā)等，其中高能中微子主要源于宇宙射線(xiàn)與塵埃和氣體的碰撞。

徐東蓮介紹，海鈴?fù)h(yuǎn)鏡項(xiàng)目于2022年底啟動(dòng)，預(yù)計(jì)在2030年前后建成。它選址在中國(guó)海域靠近赤道一個(gè)深約3.5公里的深海平原，直徑約4公里、占地約12平方公里，由1200根線(xiàn)纜組成，設(shè)計(jì)壽命20年。

海鈴?fù)h(yuǎn)鏡構(gòu)想圖。望遠(yuǎn)鏡陣列約有1200條垂直線(xiàn)纜，每條線(xiàn)纜上約有20個(gè)光學(xué)模塊。（受訪(fǎng)者供圖）

根據(jù)設(shè)計(jì)，這些線(xiàn)纜像巨型海藻一樣垂直地錨定于海床上，每根長(zhǎng)約700米，互相間距70米至110米。每根線(xiàn)纜搭載約20個(gè)光學(xué)探測(cè)球艙，如同深海中的一串串鈴鐺，靜待高能中微子的到來(lái)。

中微子天文圖示。中微子可輕松逃逸極端、致密的宇宙和天體環(huán)境，其在宇宙中傳播不因磁場(chǎng)而改變方向，是追根溯源、研究極端天體現(xiàn)象的理想信使。（受訪(fǎng)者供圖）

值得一提的是，海鈴?fù)h(yuǎn)鏡“仰望”宇宙的方式與眾不同，它不是“朝上看”，而是“朝下看”。“海鈴?fù)h(yuǎn)鏡將利用整個(gè)地球作為屏蔽體，捕捉從地球?qū)γ娲┩付鴣?lái)的高能中微子，通過(guò)地球自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)360度全天域探測(cè)。”徐東蓮說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，海鈴?fù)h(yuǎn)鏡建成后一年內(nèi)能夠發(fā)現(xiàn)鯨魚(yú)座中的棒旋星系NGC 1068的穩(wěn)定中微子源，并發(fā)現(xiàn)類(lèi)似于TXS 0506+056耀星體的中微子爆發(fā)，這個(gè)活動(dòng)星系黑洞被大量塵埃覆蓋，即使是高能光子也無(wú)法逃逸，但是中微子逃逸了。

海鈴?fù)h(yuǎn)鏡選址在低緯度近赤道地區(qū)，隨著地球的自轉(zhuǎn)，可360度巡天，與全球范圍的其他中微子望遠(yuǎn)鏡形成互補(bǔ)。（受訪(fǎng)者供圖）

中國(guó)科學(xué)院院士、海鈴?fù)h(yuǎn)鏡項(xiàng)目負(fù)責(zé)人景益鵬表示，中國(guó)在多波段望遠(yuǎn)鏡、空間引力波和低能中微子觀測(cè)站方面均有布局，海鈴高能中微子望遠(yuǎn)鏡將填補(bǔ)中國(guó)多信使天文觀測(cè)網(wǎng)中尚且空缺的重要一環(huán)，促進(jìn)和完善中國(guó)多信使天文觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)。（董雪、潘旭）