迷失太空：罕见耀斑暴露流浪黑洞远离星系中心
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这幅艺术家概念图展示了一次潮汐瓦解事件，当一颗恒星致命地靠近超大质量黑洞时就会发生这种事件。
碎裂恒星的碎片在黑洞周围旋转时升温，产生天文学家能从宇宙深处看到的光芒，黑洞还向太空发射出相对论性喷流。
图片来源：NRAOAUINSFNASA
一次罕见的潮汐瓦解事件暴露了一个巨大的流浪黑洞，它距离其所在星系的中心约3万光年。
一颗恒星在距离附近一个大质量星系中心近3万光年处被撕裂，暴露出一个天文学家很少见到的黑洞。
这种异常遥远的耀斑揭示了一个极其罕见的流浪黑洞，可能会改变科学家对星系碰撞后大质量黑洞运动方式的理解。
北卡罗来纳大学教堂山分校的天文学家将这一发现追溯到一次潮汐瓦解事件（TDE）。
当一颗恒星过于靠近一个大质量黑洞时，引力会将其撕裂，从而产生这些强大的耀斑。
这类事件在星系中任何地方都很罕见，平均每10万年发生一次。
天文学家在过去十年中已经探测到超过100次，但几乎所有事件都出现在星系中心——那里通常存在最大的黑洞。
一次TDE事件打破了这一模式。
该耀斑出现在距离其星系中心约30000光年处，这使其成为目前已记录的、通过可见光发现的潮汐瓦解事件中偏移距离最远的一例。
我们观测到的几乎所有潮汐瓦解事件都发生在星系中心，也就是我们认为最大黑洞所在的位置，论文合著者、北卡罗来纳大学教堂山分校物理与天文学博士生乔纳森卡尼说。
我们发现的这起潮汐瓦解事件发生在距离星系中心数万光年的地方，揭示了一个大质量黑洞存在于我们通常不会预期的位置。
我们知道流浪黑洞存在于大质量星系中，但它们很难研究，因为除了短暂瓦解恒星的时候，它们不会产生任何光。
一次合并可能已将其释放
产生此次耀斑的黑洞估计质量约为太阳的一百万倍。
它可能是在很久以前星系合并后被甩离中心的。
另一种可能性是它与星系中心附近的其他黑洞发生引力作用而被推向外围。
黑洞本身不发光，因此天文学家通常无法直接探测到这些孤立的天体。
罕见的潮汐瓦解事件能短暂照亮它们的位置，因为被摧毁恒星的物质会向它们坠落。
这些事件本质上是宇宙广告牌，北卡罗来纳大学教堂山分校物理学与天文学助理教授伊戈尔安德烈奥尼说，它们让我们能够发现那些原本完全不可见的黑洞。
及时捕捉这些事件使我们能够研究大质量黑洞如何从被撕裂的恒星中吞噬物质。
人工智能在星系中心之外进行搜索
系统标记出该耀斑后，北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员使用位于智利的南方天体物理研究望远镜（SOAR）确认它是一次潮汐瓦解事件。
北卡罗来纳大学协助建造了这台4.1米望远镜，并通过一个国际联盟继续运营它。
我们利用智利的SOAR望远镜确认了这一事件的性质，北卡罗来纳大学教堂山分校是该望远镜的创始合作伙伴之一，北卡罗来纳大学教堂山分校物理与天文学博士后研究员本杰明C凯泽说。
SOAR使我们能够快速跟进这些短暂的天文现象，并且随着鲁宾、罗曼以及北卡罗来纳大学自己的阿格斯阵列等下一代巡天望远镜投入使用，北卡罗来纳大学得以研究大量此类现象。
可见光可以揭示更多
一项TDE观测首次提供了强有力的证据，表明地面可见光望远镜能够可靠地发现流浪黑洞。
这种能力可能为研究大质量黑洞如何形成、生长以及在星系中移动创造新的机会。
天文学家目前每年发现数十起潮汐瓦解事件，大多发生在相对较近的宇宙区域。
未来的天文台，包括美国国家科学基金会与能源部合作的维拉C鲁宾天文台以及北卡罗来纳大学教堂山分校设计建造的阿格斯阵列，可能会将这一数字增加到每年数百甚至数千起，同时能在更远的距离上探测到它们。
这些耀斑不仅能揭示隐藏的黑洞，还能提供有关恒星和星系演化的信息，并让物质处于地球上无法复制的引力条件下。
通过释放巨大的能量，潮汐瓦解事件为天文学家提供了观察极端物理现象实际发生的罕见机会。
相关知识
耀斑是太阳大气局部区域突然发生的剧烈增亮现象，属于太阳活动的重要表现形式。
它常伴随大量能量释放，包括电磁辐射、高能粒子流等，这些物质抵达地球后，可能干扰电离层，影响无线电通信、卫星运行，甚至引发地磁暴等空间天气事件。
BY: University of North Carolina at Chapel Hill
FY: AI
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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
