大麦哲伦星云的望远镜图像，这是一个围绕银河系运行的卫星星系，包含了宇宙早期组成的线索。
（图片uux.cn/Zden k Bardon/ESO）据美国生活科学网站（乔纳森·吉尔伯特）：科学家们已经确认了银河系以外已知最古老的恒星之一。
这一发现于3月发表在《自然天文学》杂志上，在银河系的卫星星系大麦哲伦云（LMC）中发现了宇宙早期的遗迹，并揭示了太阳存在之前的条件。
宇宙大爆炸后诞生的第一批恒星在数十亿年前生存和死亡，因此没有留下来讲述早期宇宙的故事。
但这些恒星祖先的痕迹在第二代恒星中被保存下来，这些恒星形成并至今仍然存在。
该研究的主要作者、芝加哥大学的天体物理学家Anirudh Chiti在一封电子邮件中告诉《生活科学》，这些古老恒星的外层保存了其诞生气体云的化学成分，因此揭示了为这些云注入新化学物质的第一代恒星的成分。
奇蒂说，这些恒星的组成为了解数十亿年前恒星形成时元素的早期产生提供了一个窗口。
狩猎恒星遗迹最早的恒星在数十亿年前，也就是宇宙大爆炸后不久就开始发光了。
它们是由当时唯一存在的丰富元素制成的庞然大物：大约四分之三的氢和四分之一的氦。
这些巨星很快烧穿了它们的核燃料，脱落了外层，然后作为超新星爆炸，并在其核心内锻造了新的更重的元素，污染了它们的恒星邻域。
当第二代恒星从第一代恒星富集的气体云中诞生时，这些恒星灰就进入了混合物。
这个循环还在继续，构建了越来越重的元素，甚至为宇宙播下了生命的基石。
这是我们呼吸的氧气、骨骼中的钙和血细胞中的铁的来源。
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的大麦哲伦星云中一个湍流恒星形成区域——30朵拉星云的图像。
（图片uux.cn/NASA、ESA、Elena Sabbi（ESA、STScI））通过测量恒星中这些元素的数量，天文学家可以估计其年龄。
积累的灰烬越少，恒星就越老，而年轻的恒星则积累了许多早期恒星的元素。
第一代恒星中没有一颗被观测到，但天文学家在我们的星系中发现了一些古老的第二代恒星。
这些化石非常罕见。
在我们的星系中，只有不到十万分之一的恒星来自第二代。
奇蒂在一份声明中说：你真是大海捞针。
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从这些遗迹中，天文学家对我们银河系的早期状况了解了很多。
现在，他们想了解银河系是典型的，还是其他星系的情况不同。
为了回答这个问题，研究作者将目光投向了我们最近的星系邻居之一，LMC。
从南半球肉眼可见，LMC比银河系小，注定在大约24亿年后与银河系合并。
奇蒂说：LMC之所以引人注目，是因为它本身几乎是一个主要星系，而且最近才受到银河系的牵引。
该团队在欧洲航天局盖亚太空望远镜收集的数据中搜索LMC中的老恒星。
他们使用智利6.5米的麦哲伦望远镜进行了后续研究，发现了10颗铁含量比其他LMC恒星低约100倍的恒星，这意味着它们非常古老。
盖亚号宇宙飞船进行观测时的插图。
（图片uux.cn/ESA）其中一个脱颖而出。
它被称为LMC-119，比我们银河系以外的任何已知恒星都少这种宇宙污染。
这表明它是由一颗超新星富集的气体形成的，是LMC-119是第二代恒星且非常古老的可靠迹象。
我想说LMC-119很可能至少有130亿年的历史，Chiti告诉Live Science。
（相比之下，宇宙本身估计有138亿年的历史。
）如今，LMC距离我们约16万光年，但作者估计，当它最早的恒星形成时，它距离我们约600万光年。
他们在论文中说：这将早期LMC与银河系早期形成的第一批恒星的喷出物隔离开来。
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这意味着LMC的古老恒星可以告诉天文学家另一个星系的婴儿状况。
有趣的是，LMC-119的碳含量比我们银河系中的古代恒星低得多。
这暗示了这两个星系中较重元素的形成方式存在之前未知的差异，并表明我们年轻星系的环境可能与LMC不同。
奇蒂说：能够开启大麦哲伦星云的恒星考古，并能够如此详细地绘制出第一批恒星是如何在不同地区化学富集宇宙的，这真的很令人兴奋。
他相信，在LMC中还有更多这样的古老恒星等待被发现。
奇蒂现在正在领导一个新项目，使用智利的布兰科4米望远镜和旨在识别银河系中最古老的化石恒星和我们的银河系邻居的设备，拍摄四分之一的南部天空。
通过发现这些遗迹，天文学家希望更好地了解恒星是如何利用构成我们周围所有元素的元素丰富宇宙的。
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
