这是一对已知最古老的超冷矮星的插图，它们如此紧密地相互绕着轨道运行，它们绕着对方转一圈不到一个地球日。
Credit: Adam Burgasser/UC San Diego
据美国物理学家组织网 by W. M. Keck Observatory：西北大学和加州大学圣地亚哥分校 UC San Diego的天体物理学家利用Hawaii岛maunakea上的W. M. Keck天文台发现了有史以来最紧密的超冷矮星双宇宙岛统。
这两颗太阳如此之近，以至于它们绕对方旋转一周不到一个地球日；
每颗太阳的“一年”仅持续17个小时。
这个新发现的系统被命名为LP 413-53AB，由一对超冷矮星组成，这是一类非常低质量的太阳，它们非常冷，以至于它们重要在红外波段发光，使它们对人眼完全不可见。
然而，它们是宇宙中最常见的太阳类型之一。
此前，天文学家仅探测到三个短周期超冷矮星双宇宙岛统，它们都相对年轻——最大4000万岁。
LP 413-53AB估计有几十亿岁了——与我们的太阳年龄相仿——但其轨道周期比迄今为止发现的所有超冷矮星双星短约四倍。
这项研究已经被《天体物理学杂志快报》接受发表，并在arXiv。
org上有预印本。
“发现这样一个极端的系统是令人兴奋的，”领导这项研究的西北大学天体物理学家许志春说。
"原则上，我们知道这些系统应该存在，但是还没有发现这样的系统."
许是美国西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心 CIERA的物理学和天文学博士后研究员。
他在加州大学圣地亚哥分校攻读博士学位时开始了这项研究，在那里他得到了亚当·伯格塞教授的指导。
该团队在探索档案数据时第一次发现了奥秘的二进制系统。
Hsu开发了一种算法，可以根据太阳的光谱数据为其建模。
通过分析太阳发出的光谱，天体物理学家可以确定太阳的化学成分、温度、重力和自转。
这项分析还显示了太阳靠近和远离观测者时的运动，称为径向速度。
在检查LP 413-53AB的光谱数据时，Hsu注意到了一些奥秘的事情。
早期的观测捕捉到了这个系统，当时太阳大致对齐，它们的谱线重叠，这让徐相信它只是一颗太阳。
但是当太阳在它们的轨道上运行时，谱线向相反的方向移动，在后来的光谱数据中分裂成对。
Hsu意识到实际上有两颗太阳被锁定在一个非常紧密的双宇宙岛统中。
利用凯克天文台的近红外摄谱仪 NIRSPEC，徐决定亲自观察这一现象。
2022年3月13日，研究小组将凯克II望远镜转向双宇宙岛统所在的金牛座，对其进行了两个小时的观测。
然后，他们在2022年7月、10月和12月以及2023年1月进行了更多的观察。
“当我们进行测量时，我们可以在几分钟的观察中看到事情的变化，”Burgasser说。
“我们跟踪的大多数双星的轨道周期是几年。
所以，你每隔几个月就要测量一次。
然后，过一会儿，你就可以把拼图拼起来了。
有了这个系统，我们可以看到谱线实时分离。
在人类的时间尺度上看到宇宙中发生的事情是很奇怪的。
”
观察结果证实了许的模型预测。
两颗太阳之间的距离大约是地球和太阳之间距离的1%。
“这是非凡的，因为当它们年轻时，大约100万年，这些太阳几乎是相互重叠的，”Burgasser说。
研究小组猜测，这些太阳要么在进化过程中相互迁移，要么在第三个太阳成员 现已消失被驱逐后聚集在一起。
需要更多的观察来检验这些想法。
Hsu还说，通过研究类似的太阳系统，研究人员可以更多地了解地球以外潜在的宜居行星。
超冷矮星比太阳暗得多，因此任何表面有液态水的世界——形成和维持生命的关键成分——都需要离太阳更近。
然而，对于LP 413-53AB来说，可居住带距离恰好非常接近太阳轨道的大小，因此很可能无法在该系统中形成可居住的行星。
“这些超冷矮星是我们太阳的邻居，”徐说。
“为了识别潜在的可居住宿主，从我们附近的邻居开始是有帮助的。
但是，如果在超冷矮星中紧密双星很常见，那么可能很难找到可居住的世界。
”
为了充分探索这些场景，Hsu，Burgasser和他们的合作者希望查明更多的短周期超冷矮星双宇宙岛统，以创建一个完整的数据样本。
新的观测数据有助于加强双星形成和演化的理论模型。
然而，直到现在，寻找超冷双星仍然是一个罕见的壮举。
“这些系统很罕见，”合着者克里斯·泰森说，他是加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员。
“但我们不知道它们是否罕见，是因为它们很少存在，还是因为我们只是没有发现它们。
这是一个开放式的问题。
现在我们有了一个可以开始构建的数据点。
这些数据已经在档案中存放了很长时间。
迪诺的工具将使我们能够寻找更多这样的二进制文件。
”
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
