
最近,天文学界迎来了一次前所未有的发现:一个位于地球约3.6亿光年之外的遥远星系SDSS1335+0728,其中心超大质量黑洞正经历一场壮观的苏醒。
这一现象颠覆了人们对星系演化的传统认知,更为未来的天文研究提供了宝贵的数据。
超大质量黑洞苏醒的初步发现
2019年12月,美国帕洛马山天文台的兹威基瞬变探测器首先发现了SDSS1335+0728星系亮度的异常变化。
这个此前不显眼的星系突然间变得明亮,其核心的超大质量黑洞开始释放出前所未有的能量。
要知道,这个黑洞的质量约为太阳的100万倍,曾经长期处于沉寂状态。
持续四年的亮度增加
一般情况下,超新星爆炸或恒星被黑洞撕裂的潮汐瓦解事件会导致星系短暂的变亮,通常持续几十天到几百天不等。
SDSS1335+0728的亮度变化已持续超过四年,并且仍在增加。

这一现象引起了欧洲南方天文台等多个天文机构的高度关注。
多波段观测与数据分析
为探明亮度变化的原因,研究团队仔细分析了包括NASA广域红外巡天探测器、星系演化探测器、2微米全天巡天项目及斯隆数字巡天项目在内的多项观测数据。
结果表明,该星系现在发射出更多的紫外线、可见光和红外线,并从今年2月开始发射X射线。
前所未有的现象
这一现象的主要负责人、欧洲南方天文台的天文学家葆拉·桑切斯-赛斯(Paula Sánchez-Sáez)表示:"想象一下,你多年来一直在观测一个遥远的星系,它似乎总是平静且不活跃。
可突然间,它的核心亮度剧烈变化,与我们熟知的现象完全不同。
"这说明星系的核心活动突然增强,很可能是超大质量黑洞的苏醒所致。
可能的解释与未来研究
智利瓦尔帕莱索大学的天文学家洛雷娜·埃尔南德斯-加西亚(Lorena Hernández-García)认为,这是人类第一次实时观测到超大质量黑洞苏醒的过程。
这一现象可能由黑洞突然开始吞噬周围气体引起,从而变得极其明亮。

尽管如此,研究者们也不能完全排除其他可能性,例如一次"异常缓慢"的潮汐瓦解事件,或是一种未知的天文现象。
无论真相如何,这一发现为我们理解黑洞的成长和演化提供了重要线索。
对银河系的启示
同样的情况是否会在我们银河系中心的超大质量黑洞人马座A*上发生?研究者克劳迪奥·里奇(Claudio Ricci)表示,目前尚不确定。
然而,如果我们银河系中心的黑洞苏醒了,考虑到我们距离其中心较远,可能很难第一时间注意到。
这一发现标志着天文学研究的一个新里程碑。
通过对SDSS1335+0728星系亮度变化的深入研究,科学家们将进一步揭示宇宙中超大质量黑洞的神秘面纱,为人类探索宇宙提供更多启示。
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.
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