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斯皮策宇宙望远镜发现新生太阳以惊人速度进食并通过频繁进食成长

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-30

用红外光拍摄的宇宙望远镜图像揭示了原来不为人知的详情,如猎户座星云中的太阳形成区的这张图像。

最近的一项研究依靠红外线数据追踪了小太阳的频繁爆发,因为它们从周围的气体和尘埃盘中收集质量。

资料来源:ESA/美国宇航局/JPL-Caltech

(神奇的地球uux.cn)据cnBeta:最年轻的太阳在消耗周围星盘的物质时,经常会发出璀璨的闪光。

最近对NASA退役的斯皮策宇宙望远镜的数据分析显示,新生的太阳以惊人的速度"进食",并通过令人惊讶的频繁进食狂潮而成长。

分析发现,处于最早发育阶段的太阳婴儿的爆发--当它们大约有10万年古代,或者相当于一个7小时大的婴儿--大约每400年发生一次。

这些亮度的爆发是进食的迹象,因为年轻的、成长中的太阳从它们周围的气体和灰尘盘中吞噬物质。

托莱多大学的天文学家Tom Megeath说:"当你在观察太阳的形成时,气体云会坍塌以形成一颗太阳。

这简直就是实时的太阳制造过程"。

Megeath是这项研究的共同作者,这项研究今年早些时候发表在《天体物理学杂志》上,由沙特阿拉伯贾赞大学的教授Wafa Zakri领导。

这代表着在了解太阳的形成期方面向前迈出了一大步。

到目前为止,最年轻的太阳的形成和早期进展一直是研究的难点,因为它们大多被隐藏在形成它们的云层中,无法看到。

这些年轻的太阳年龄不到10万年,被称为"0级原星"--被包裹在厚厚的气体包裹中,它们的爆发尤其难以用地面望远镜观察到。

首次这样的爆发是在近一个世纪前发现的,此后它们就很少被看到了。

但是,斯皮策在2020年结束了它在轨道上16年的观测,在红外线中观察宇宙,超出了人类眼睛所能看到的范围。

这一点,以及它长时间的凝视,使斯皮策能够看穿气体和尘埃云,并从依偎在里面的太阳那里捕捉到这种亮斑。

研究小组搜索了2004年至2017年期间猎户座太阳形成云层中的斯皮策数据,这是一次足够长的"凝视",以捕捉正在爆发的小太阳。

在92颗已知的0级原星中,他们发现了三颗--其中两颗的爆发是以前未知的。

数据显示,最年轻的婴儿星的爆发率大约为每400年一次,比从猎户座的227颗较老的原生星测得的爆发率要频繁得多。

他们还将斯皮策的数据与其他望远镜的数据进行了比较,包括天基广域红外巡天探测器(WISE)、现已退役的欧空局(European Space Agency)赫歇尔宇宙望远镜,以及现已退役的空中平流层红外天文台(SOFIA)。

这使他们能够估计出这种爆发通常持续15年左右。

一颗婴儿太阳的一半或更多的体积是在早期的0级时期增加的。

Megeath说:"按照宇宙的标准,太阳在非常年轻的时候生长迅速。

这些年轻的太阳拥有最频繁的爆发是说得通的"。

新的发现将帮助天文学家更好地了解太阳是怎么形成和积累质量的,以及这些早期的质量消耗可能会影响后来的行星形成。

他说:"它们周围的盘子都是行星形成的原材料,爆发实际上可以影响这些材料,也许会引发分子、颗粒和晶体的出现,它们可以粘在一起,形成更大的结构。

甚至有可能,我们自己的太阳曾经是这些打嗝的婴儿之一。

"太阳比大多数太阳要大一些,但是没有理由认为它没有经历过这种爆发式成长的过程。

它可能做到了。

当我们见证了太阳的形成过程,它是了解我们自己的太阳系在46亿年前的一个窗口。

"

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

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