目前已知宇宙中最大的三个星系，第一IC？1101是银河系直径的20多倍

星系，从只有数千万颗恒星的矮星系到上兆颗恒星的椭圆星系都有，全都环绕着质量中心运转。

除了单独的恒星和稀薄的星际物质之外，大部分的星系都有数量庞大的多星系统、星团以及各种不同的星云。

1、NGC 7331NGC 7331是在天球上位于飞马座内的一个星系，星系类别为Sb型。

它距离我们地球约4000万光年。

这个星系的大小和结构都与我们所在的星系相似，因此曾经被认为是"银河系的双生子" ，然而，关于银河系结构的新发现，已经使这种相似性受到质疑。

2、星系马林1星系马林1之所以拥有如此奇特的形态，主要是因为与一个比它自身要小得多的星系的相互作用，那就是IC 4970，后者的质量仅有马林1的大约1/5。

这对奇特的组合距离地球约2.12亿光年，位于南天的孔雀座之中。

3、大螺旋星系大螺旋星系(NGC 123)是一个非常迷人的星系，无数明亮的恒星和黑色尘埃点缀期间，大片星际气体围绕中心形成螺旋臂。

这些螺旋臂上分布着无数蓝色恒星，恒星之间点缀着黑色星际尘埃带。

虽然很难看到这个星系，但是通过特殊装置，还是能观测到数十亿颗昏暗的恒星和大量星际气体，它们的质量很大，是内部星系的原动力。

我们只有利用看不见的暗物质理论，才能解释清楚这些可见的外部星系的运动原因。

4、仙女星系仙女星系，又叫仙女座大星云，位于仙女座方位的拥有巨大盘状结构的旋涡星系，直径22万光年，距离地球有254万光年，是距银河系最近的大星系。

仙女星系在梅西耶星表编号为M31，星云星团新总表编号位NGC 224，在东北方向的天空中看起来是纺锤状的椭圆光斑，是肉眼可见的最遥远的天体。

仙女星系和银河系同处于本星系群，质量是银河系的二倍，直径至少是银河系的2倍。

仙女星系是本星系群中最大的星系，正以每秒300公里的速度朝向银河系运动，在30-40亿年后可能会撞上银河系，最后并合成椭圆星系。

5、双胞胎星系双胞胎星系由两个重叠的螺旋星系构成，位于玉夫座星系(NGC 253)附近。

它们的光芒照亮了周围尘埃带，像是一盏灯，照亮了其星系半径6倍的区域，天文学家借助它的帮助，观察到一些自身发光不足的星系。

一、IC 1101IC 1101是已知宇宙中最大的星系，位于距离地球大约10.45亿光年的阿贝尔2029星系群的中心星系，其半径约为200万光年(包含晕)，相当于银河系直径的20多倍，是已知最大的星系。

IC 1101是位于室女座的一个星系。

它的赤经为 15h 10m 56.20s, 赤纬为 +5° 44′ 41.00″，大小 0.011′。

IC 1101是位于阿贝尔2029星系团中心最亮的星系，被分类为超巨大椭圆星系到透镜状星系，位于室女座，距离地球10.45亿光年。

IC 1101是已知最大的星系之一，它的体积非常巨大，足以容纳数千个银河系。

以前的资料显示该星系半径为210±10万光年，但是如何定义这种星系的大小，在天文学的文献中仍有争议。

二、三角座星系三角座星系，是位于北天三角座内的一个螺旋星系，有众多变星，在本星系群中是第三大的星系，比邻近的仙女座星系和银河系略小一些，并可能受到仙女座星系的引力约束，但在宇宙中仍可算是一个大的螺旋星系。

在良好的观测环境下，三角座星系能以肉眼直接看见。

三角座星系相对于天空平面略微倾斜，所以其旋臂、气体云、明亮的恒星都能很好的呈现在面前。

M33位置靠近仙女座星系，在这两个星系的观星人，彼此都可以看见天空上有个非常壮观的螺旋星系。

从地球看出去，这幅由27张照片拼凑出来的极清晰M33马赛克影像，美妙地呈现出星系松散漩涡臂上的蓝色星团和粉红色恒星形成区。

其中洞穴状的NGC 604，是从星系中心向右上方伸展之漩涡臂上最明亮的恒星形成区。

像M31一样，M33有着众多已经经过精确量测的变星，让这个邻近的螺旋星系成为一个测定宇宙距离尺度的宇宙量天尺。

三、银河系银河系是包含我们太阳系的星系，它的英文名称"乳白"是源自它是横跨夜空的黯淡发光带，以裸眼观看无法分辨出个别的恒星。

"Milky Way"这个名称是翻译自拉丁文的via lactea，而它又是从希腊的γαλαξίας κύκλος(galaxías kýklos，"milky circle")翻译来的。

从地球看，因为是在银河盘面结构的内部，因此呈现环绕天空的环带。

伽利略在1610年使用望远镜首先解析出环带是由一颗颗恒星聚集而成;直到1920年初期，天文学家还认为银河包含了宇宙中全部的恒星。

随着1920年天文学家沙普利和柯蒂斯的大辩论，和经由爱德温·哈伯的观测，显示银河只是众多星系中的一个 -现在估计在可观测宇宙有多达2,000亿个星系。

银河系是一个棒旋星系，它的直径通常被认为是100,000至120,000 光年，但也可能是150,000至180,000光年。

估计银河拥有1,000亿至4,000亿颗恒星，甚至可能高达1兆;而且银河系可能有1,000亿颗行星[34][35]。

太阳系位于银盘内，距离银河中心27,000光年处的一条气体浓密，被称为猎户臂的螺旋臂内侧边缘。

在内侧10,000光年范围内的恒星形成突起的核球和一条或多条短棒从核球延伸。

非常靠近中心点的一个强烈辐射源，被命名为人马座A*，可能是个黑洞。

在很大距离范围内的恒星和气体大约都以每秒220公里的速度在轨道上绕着银河中心。

这种恒定的转速与开普勒动力学相抵触，因此推测银河系中有很大量的质量来自不发射也不吸收电磁辐射的物质。

量子信息+熵，能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律，也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说，一个系统的熵只会随时间增加，不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵，说白了就是无序的程度：熵越低，结构越有序；熵越高，越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉，背后都是熵在增加。

人们相信，宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态，一路演化到高熵。

可就在这个过程中，宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低，却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾，正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织，是比安科尼理论的视觉主题（图片来源：Physics World） 在爱因斯坦的广义相对论里，有个叫"度规"的数学对象，描述时空是怎么弯曲的；物质沿着这条弯曲走，就表现成了引力。

而在量子力学里，"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步，就是把这个"度规"当成量子算符来用，用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来，会冒出两个"度规"：一个是"真实"的时空度规，一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少"，用量子信息论里的一个量来度量，叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵，决定了时空怎么演化——换句话说，它给出的运动方程，就是引力。

在低曲率极限下，这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限，方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项，而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西；在标准广义相对论里，它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项，就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克（FRW）宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似，假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质，或辐射。

宇宙膨胀时，体积变大，总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快，单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨，局部熵密度却在降，这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律？比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵：要把熵密度在整个时空区域上积分，而因为体积随时间变大，总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙，总熵依然随时间增加，第二定律照样成立，尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调，GfE 理论还很年轻，需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质，为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述，也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力，也许并不是什么神秘的基本力，而只是信息与熵的必然结果。

若真如此，宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命，答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源：S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究：G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质！百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称，该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机，完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀，并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图；右图外圈显示宇宙微波背景辐射，扇区分别展示视线速度（红/蓝）、物质密度（灰）和引力势（绿/蓝）。

图片来源： 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为，极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度，留下微小的密度差异；随后，引力把这些差异不断放大，最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而，暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布，有望找到更多线索，探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见，却凭借引力主导星系形成，并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中，暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”，团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测，早期宇宙的密度涨落服从高斯分布，也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差，即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差，就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程，从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而，这类信号极其微弱，还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积，统计不确定性难以完全消除。

因此，探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成，目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目，包括美国能源部支持的暗能量光谱仪（DESI）和NASA的SPHEREx任务，两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证，将共同描绘出更为精细的宇宙图景，推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源：科技日报