天文学家发现古老黑洞发光功率相当于万亿太阳
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这幅艺术想象图展示了一个类星体——这是物质螺旋进入星系中心超大质量黑洞时的一个短暂而明亮的阶段。
ESA的欧几里得望远镜发现了31个已知最古老的类星体，比之前的总数增加了一倍多。
其中两个是纪录保持者，在宇宙仅6.7亿年时，它们的亮度相当于一万亿个太阳。
图片来源：ESA
欧几里得卫星不断扩大的类星体普查正在揭示宇宙早期巨大黑洞是如何形成的。
130多亿年前，两个明亮的天体从刚刚开始形成的星系中闪耀而出。
它们的光产生于宇宙仅6.7亿岁时，如今已到达欧洲空间局的欧几里得空间望远镜。
这两个天体是类星体，它们是由超大质量黑洞吞噬周围物质提供能量的极其明亮的星系中心。
当宇宙仅为其当前年龄的5%时，每个类星体的辐射功率都大约相当于一万亿个太阳。
它们是迄今为止观测到的最早的类星体，属于欧几里得发现的31个古老类星体群体。
类星体出现在星系演化的一个相对较短的时期内。
气体和其他物质螺旋状地朝向其中心的超大质量黑洞，形成一个炽热且快速运动的盘状结构，释放出巨大的能量。
由此产生的光芒亮度可达该星系所有恒星总和的数百甚至数千倍。
天文学家数十年来一直在寻找首批类星体，因为它们保存着宇宙历史形成时期的证据。
找到它们有助于解释星系和超大质量黑洞如何在宇宙诞生后如此短的时间内变得如此巨大。
这种搜寻很困难，因为这些早期天体并不常见。
很少有星系有足够的时间形成大质量黑洞，而且这些光在穿越超过130亿光年的距离后到达地球时已经极其微弱。
它们的外观还可能与更近的恒星相似，这使得古老的类星体很容易被忽略。
欧几里得空间望远镜扩展类星体普查
欧几里得望远镜具备观测广阔天区并探测微弱红外光的能力，这种组合使其能够高效地探索一段宇宙历史，而早期的巡天观测只能零散地研究这段历史。
这台望远镜已发现31个此前未知的早期宇宙类星体。
该样本可追溯到宇宙仅完成其当前寿命5%的时期。
这些早期类星体可以追溯到宇宙的婴儿期，荷兰莱顿大学的杨大明表示，他是欧几里得发现论文的主要作者。
通过发现和研究它们，我们可以更好地理解这些庞大系统是如何如此迅速地形成和演化的——这是天体物理学中最大的谜团之一。
早期的搜索大多只能探测到最亮、最罕见的类星体，因为这些在极远距离下最容易被区分出来。
这使得天文学家缺乏足够的样本，无法确定更广泛的类星体群体是什么样子。
这张图表标注了欧空局欧几里得望远镜发现的31个类星体（黄色）、其调查区域（蓝色）以及两个最远的类星体（红色）（欧空局欧几里得欧几里得联盟美国国家航空航天局普朗克合作项目A.梅林格；鸣谢：让夏尔屈朗德尔、若昂迪尼斯）
欧几里得望远镜通过在更广阔的天空区域探测更暗的天体，改变了研究方式。
天文学家不再只研究特殊的类星体，而是可以开始研究更具代表性的群体，并探究这些系统在宇宙早期阶段的普遍程度。
Euclid是真正的游戏规则改变者，大明补充道。
以前，我们只能找到少数最亮的古老类星体，但Euclid让我们能更高效地在广阔的天空区域搜索，捕捉更微弱的光线。
它是类星体搜寻的独特工具。
两个类星体创下新纪录
发现中包括12个红移值为7或更高的类星体。
红移描述了宇宙膨胀如何将光拉伸到更长、更红的波长。
红移值越大，天文学家观测到的时间就越久远。
7或以上的值对应宇宙形成后的最初7.7亿年。
欧几里得团队的欧空局研究员安东尼奥拉马尔卡表示：这一发现使我们已知的如此古老的类星体数量增加了一倍多。
天文学家花了十多年时间才找到首批约10个红移值为7或更高的类星体，而欧几里得在一年的观测中就超过了这个总数。
安东尼奥补充道：欧几里得团队首次对宇宙早期的类星体进行了真正的‘普查’。
这是朝着从更基础层面理解这些迷人天体迈出的重要一步。
类星体照亮宇宙黎明
西尔维娅贝拉迪塔及其合作者近期对第二古老的类星体进行了更详细的研究。
他们的观测发现该类星体位于一个富含气体和尘埃、恒星形成速率极高的星系中。
那个环境为早期超大质量黑洞与其宿主星系如何共同成长提供了线索。
黑洞需要大量物质来为类星体提供能量，而周围的星系则同时在将气体转化为新的恒星。
这些天体出现在宇宙历史上的重大转变——再电离时期。
在这一时期之前，宇宙经历了黑暗时代，当时大部分氢以寒冷的中性气体形式存在。
来自早期恒星、星系和类星体的高能光最终使这些气体电离，即剥离原子中的电子（被高能光分开）。
这种转变促成了我们今天所观测到的透明且结构化的宇宙。
古老的类星体是罕见的发现。
它们本身就很有趣，同时也是时间机器，能让我们探索早期宇宙，了解第一代星系是如何形成的，欧洲空间局欧几里得项目科学家瓦莱里亚佩托里诺说。
更广泛的调查有待进行
31个类星体来自欧几里得广域巡天项目，该项目最终将观测超过三分之一的天空。
随着欧几里得绘制数十亿个星系的地图，预计它将发现更多类星体，同时获取关于暗宇宙的组成、历史、演化和大尺度结构的证据。
参考文献：
相关知识
黑洞是一种时空曲率大到光都无法逃脱的天体。
它由大质量恒星耗尽核燃料后坍缩形成，引力极强，周围存在事件视界——进入此边界的物质和辐射均无法逃离。
黑洞无法直接观测，却可通过其对周边物质的影响（如吸积盘、引力透镜效应）间接探测，是宇宙中最神秘的天体之一。
BY: European Space Agency
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
