天文学家发现新型天体：黑洞星
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天文学家发现了一种新型的天文天体：黑洞恒星。
他们表示，这种新天体可以解释出现在遥远宇宙中的小红点现象。
图片来源：JoseLuisOlivares麻省理工学院。
天文学家发现新型天体：黑洞星
自2022年以来，詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）一直在捕捉追溯到宇宙早期某些时刻的图像。
有趣的是，这些图像中布满了神秘的小红点。
麻省理工学院称，研究人员现在认为这些小红点是一种新型的天体：黑洞星。
这些黑洞恒星体积巨大，大约有我们太阳系那么大。
而且它们的能量输出比任何已知恒星都要高出1000亿倍。
所以，其内部强大的能量源很可能是一个黑洞。
麻省理工学院的主要作者罗翰奈杜表示：
这些小红点似乎在早期宇宙中无处不在，但到现在基本上消失殆尽了。
这些物体究竟是什么，一直是詹姆斯韦伯太空望远镜时代最受争议的话题之一。
我们对这类物体的认知正在迅速变化。
我们认为其中心有一个质量是太阳10万倍的黑洞。
在这个黑洞周围，会有一个非常巨大的气体包层，看起来像一个有太阳系那么大的恒星。
它非常庞大。
这些小红点似乎在早期宇宙中无处不在，但到了现在基本上消失了。
这些天体究竟是什么，一直是韦伯望远镜时代最具争议的话题之一。
我们对这个天体的认知正在快速演变。
我们认为有一个质量是太阳10万倍的中心黑洞。
在这个黑洞周围，会有一个非常巨大的气体包层，它看起来像一个尺寸与太阳系相当的恒星。
真是大得惊人。
研究人员于2026年8月12日在《自然》杂志上发表了他们经过同行评议的研究。
从小红点到黑洞恒星
我们在大爆炸后约10亿年观测到小红点。
天文学家最初用星系一词来描述它们，但其中一些非常小，半径仅为我们银河系的2%。
天文学家现在认为，这些小红点是恒星与黑洞的宇宙混合体。
这样的天体是如何运行的呢？科学家表示，这颗恒星——或者说是巨大而致密的气体云——并非由核聚变提供能量，核聚变是恒星的典型特征，它的能量来自于一个中心黑洞。
一组韦伯望远镜在早期宇宙中发现的一些有趣小红点的合成图像。
图片来源：马修等人《天体物理学杂志》。
海市蜃楼还是奇迹
科学家们正在对他们所能找到的最遥远、最早期的星系进行一项调查。
他们将这项调查称为幻影或奇迹（MoM）。
天文学家发现了一些看起来很明亮的星系，这些星系所处的时间比预期的要久远得多。
他们一直困惑于如何能在足够短的时间内形成足够多的恒星来构成这些星系。
奈杜说：
我们发现，那些看似极其明亮的早期星系（也被称为奇迹），在某些情况下实际上可能是一种幻影。
因此，当科学家们仔细研究韦伯望远镜拍摄的图像以寻找遥远星系时，他们发现了这些小红点。
这些是星系，还是完全不同的其他东西呢？
大量的氢和氦
但当天文学家观察这些小红点发出的光的波长时，他们发现除了氢和氦之外几乎没有其他元素。
而且在某些波长以下，光几乎完全消失了。
科学家们以前见过光谱中有这种断裂的恒星，但这次的情况尤为严重。
奈杜说：
我们在这个天体上观测到的中断现象，是我们在任何天体上观测到的最深的中断，这排除了普通恒星是其源头的可能性。
但这让我们不禁思考，我们是否正在目睹一种新型的恒星大气层，而且是在一个壮观的尺度上。
为什么这么红？
麻省理工学院的合著者罗伯特西姆科说：
当我们在宇宙中看到颜色非常红的天体时，我们通常会认为它周围存在像煤烟或灰烬之类的尘埃。
就像野火产生的烟尘会使天空看起来呈现出明亮的红色一样，当我们透过一层尘埃观察天体时，它们的颜色会比实际颜色更红。
但光谱中只有氢和氦，看来这次尘埃并不是答案。
西姆科接着说：
我们开始思考：仅用氢，不加任何尘埃，能制造出红色的东西吗？令我们惊讶的是，答案是可以的——只要你有一层密度极高的氢幕，其密度之大，与其说像稀薄的星际星云，不如说更像一颗巨大恒星的表面。
黑洞恒星解决方案
该团队通过模拟实验表明，一个被密集氢气包围的强大能量源可能会产生这个红点。
但只有当这个能量源是像黑洞一样能量巨大的天体时，该物体才能达到他们所观测到的亮度。
奈杜说
你有一个看起来有点像恒星，但亮度是其1000亿倍的天体。
这意味着你不能通过核聚变来为其供能，而核聚变是我们所知的所有恒星的核心能量来源。
但如果在浓密的氢茧中心放置一个活跃的吸积黑洞，模拟就能成功运行。
这种黑洞恒星解决方案适用于他们研究的那颗特定的小红点，他们将其命名为MoMBH1。
它的发音是黑洞恒星1。
他们认为它的中心黑洞质量是太阳的10万倍。
它位于一个浓密的、类似恒星的氢茧内部，氢茧大小约为太阳系的规模。
那么，黑洞恒星能否解释早期宇宙中的其他小红点呢？该团队认为可以。
奈杜说：
每一个小红点都符合黑洞恒星的特征，嵌入在普通的早期星系中。
但MoMBH1的特别之处在于，其黑洞恒星几乎完全盖过了周围宿主星系的光芒，以至于我们看到的是纯粹的黑洞恒星之光。
总而言之：天文学家认为，我们在早期宇宙中看到的小红点是一种新发现的天体，称为黑洞星。
宇宙黎明时期一个被气体笼罩且因气体而显红化的黑洞
经由麻省理工学院
相关知识
你想问的或许是黑洞。
黑洞是宇宙中引力极其强大的天体，它的引力大到连光都无法逃脱。
其形成源于大质量恒星坍缩。
在黑洞周围，时空会发生严重扭曲，物质被不断吞噬，形成吸积盘，释放出强烈辐射，是天文学研究的重要对象。
BY: Kelly Kizer Whitt
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
