星系NGC1068中心的宇宙尘埃环隐藏着一个超大质量黑洞

　　星系NGC1068中心的宇宙尘埃环隐藏着一个超大质量黑洞

　　据cnBeta：由Violeta Gámez Rosas（莱顿大学）领导的一个国际天文学家小组已经观察到了一个隐藏在尘埃环中的超大质量黑洞。

这一发现符合这样的观点：所谓的星系活跃中心比观测结果显示的要相似得多，因为来自地球的观察角度会造成扭曲。

　　这项研究是用荷兰共同开发的MATISSE仪器完成，该仪器结合了来自智利的四个欧洲甚大望远镜(VLT）的红外光。

　　MATISSE全称Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment，它不仅耦合了来自VLT的光，而且还会分析它。

MATISSE是专门为波长在3微米和13微米之间的红外光而创建的。

红外线则是在某物放出热量时产生的。

因此，MATISSE会被冷却到零下241摄氏度，这样仪器本身就不会干扰测量。

　　纳米级精度

　　荷兰天文学研究学院(NOVA)跟荷兰航天工业一起建造了MATISSE冷却部分的所有镜头和镜子。

荷兰在开发其先驱MIDI时获得了经验，它可以连接两台望远镜而不是四台。

　　四台VLT望远镜的光束汇聚的中心，由两个几乎一米大小的铝箱组成。

这些盒子里装满了数以百计的光学元件、几十个传感器和几十个微小的马达。

大多数部件的工作精度为纳米级，甚至更高。

　　相关报道：活跃星系核“统一模型”确认

　　据科技日报（李山 张梦然）：近日，一个国际天文学家团队通过欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪上的MATISSE仪器，在星系NGC1068中心观测到宇宙尘埃环，其间隐藏着一个超大质量黑洞。

该发现证实了30年前的理论预测，并提供了对“活跃星系核”机制的新见解。

　　活跃星系核是一类中央核区活动性很强的系外星系。

这些星系显得比普通星系活跃，在从无线电波到伽玛射线的全波段里都发出很强的电磁辐射，是宇宙中最明亮、最神秘的物体之一。

20世纪90年代以来，科学家们依据理论和观测建立了活动星系核“统一模型”，即中央是一个黑洞，周围的物质受到引力作用下落，在黑洞周围形成了吸积盘。

而物质盘旋向黑洞的过程中往往释放出巨大的能量。

　　现在，一个国际研究团队，通过欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪的MATISSE仪器，在3到12微米的红外波长范围内对星系NGC1068中心进行极其详细的观测，发现一个厚厚的由宇宙尘埃和气体组成的环，其间隐藏着一个超大质量黑洞。

这是活跃星系核的工作原理以及外观研究迈出的关键一步。

相关成果以荷兰莱顿大学的维奥莱塔·加梅斯·罗萨斯为第一作者发表在《自然》杂志上。

　　这一发现是对已经提出近30年的活跃星系核“统一模型”理论的重要支持。

该理论认为，所有活跃星系核尽管存在差异，但都具有相同的基本结构：一个被厚厚的尘埃环包围的超大质量黑洞。

根据这个模型，活跃星系核的外观差异是由于从地球上观察黑洞及其厚厚的气体和尘埃环造成的。

人们看到的图像取决于环遮蔽了多少，在某些情况下它会完全遮蔽我们视野中的黑洞。

　　维奥莱塔·加梅斯·罗萨斯说：“尘埃云的实际性质，其在饲育黑洞中的作用，以及从地球上看它们外观的形成，一直是过去30年活跃星系核研究的核心问题。

虽然没有单一的观测结果可以回答所有问题，但已经朝着了解活跃星系核的工作原理迈出了重要的一步。

我们的结果有助于更好地了解活跃星系核的内部运作。

它们还可以帮助我们更好地了解银河系的历史。

银河系的中心有一个超大质量黑洞，过去可能一直很活跃。

”

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