隐匿星系暗影爆裂或解天文重大谜题
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一幅本研究的概念图。
背景图展示了从左侧的宇宙大爆炸到右侧现代宇宙的宇宙演化历程。
阿尔玛望远镜在与高能中微子事件IC210922A相同方向上捕捉到了星暴星系影子喷射器的图像。
放大插图显示了阿尔玛的实际射电观测结果。
由于引力透镜效应，阿尔玛观测到影子喷射器呈现出四个扭曲的影像，已被确认为中微子的来源（以希腊字母ν表示）。
圆圈内为影子喷射器真实外观的艺术构想图。
图片来源：MITOS
一个神秘的中微子信号引导天文学家们发现了一个令人惊讶的现象：一个隐藏的恒星形成星系，而非超大质量黑洞，可能是产生宇宙中最强大粒子的原因。
天文学家已将一股高能中微子暴追溯到一个意想不到的源头。
利用阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）以及引力产生的强大自然放大效应，研究人员对一个异常明亮的遥远星系进行了研究。
他们最初怀疑是一个超大质量黑洞为该星系提供能量。
然而，他们发现有证据表明强烈的恒星形成活动才是驱动其活跃的原因。
这一发现为宇宙中微子（宇宙中最神秘的粒子之一）的起源提供了重要线索。
中微子是从太空到达地球的最难以捉摸的信号之一。
尽管已经有少数星系被认为与中微子产生有关，但这些已知的来源无法解释天文台探测到的大量高能中微子。
追踪中微子事件的来源
一个由来自米托斯科学有限公司、国立中央大学、中原大学、东北大学、福井工业大学和日本国立天文台的研究人员组成的国际团队，对一个名为IC210922A的高能中微子事件进行了后续观测。
该事件最初是由位于南极的冰立方中微子天文台探测到的。
利用阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）及其他望远镜，该团队搜寻了信号源，并确定了一个名为JCMT0402−0424的极亮星系。
该星系距离地球约110亿光年。
此前已确认的产生中微子的星系都与超大质量黑洞有关。
然而，对JCMT0402−0424的观测并未发现此类天体通常产生的高能辐射迹象。
星系也被尘埃严重遮蔽，这使得在可见光下很难对其进行观测。
然而，在亚毫米波段，它却闪耀着明亮的光芒。
由于其隐匿的特性，研究人员给它起了个昵称暗影喷射者。
一台天然望远镜揭示了星系内部情况
团队得以以极高的精度观测暗影爆破者，这得益于一次罕见的宇宙巧合：位于地球与暗影爆破者之间的一座星系充当了引力透镜。
其引力弯曲并增强了来自遥远天体的射电波，从而形成了一台天然望远镜，为阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA）提供了更明亮、更清晰的图像。
阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）对该星系内部的观测再次未能发现强大黑洞存在的证据。
相反，数据指向了另一种解释。
研究人员得出结论，该星系内的气体和尘埃很可能是被极其强烈的恒星形成活动加热的。
进一步的分析揭示了暗影爆破者中心存在一个致密的紧凑核心。
大量的气体和尘埃聚集在一个直径仅约1500光年的区域内。
如此异常致密的环境能够产生中微子。
宇宙中微子的新解释
这些发现表明，高能中微子可以通过之前未被认识的过程产生。
而不是主要依赖于超大质量黑洞，一些中微子可能起源于正在经历强烈恒星形成事件的致密、富含尘埃的星系。
研究人员估计，这些星系可能在高能中微子背景中占相当大的比例，有可能对整个宇宙中观测到的中微子总数贡献高达20%。
相关知识
隐匿星系是难以被直接观测到的星系。
它们可能因距离遥远、星际尘埃遮挡等因素，发出的光线难以抵达地球。
科学家借助先进观测设备和技术，如红外波段观测，来探寻隐匿星系，这有助于深入了解宇宙演化和星系形成等奥秘。
BY: National Institutes of Natural Sciences
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
