奇异星系新突破或助力解开暗物质之谜
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哈勃太空望远镜拍摄的显示球状星团恒星流的图像。
图片来源：哈勃太空望远镜及霍尔姆等人。
在银河系之外发现的首个球状星团恒星流表明，这些暗淡的结构可用于研究其他星系中的暗物质。
一条横贯星系的暗淡星带能够留存该星系演化的记录。
这些细长连贯的结构被称为球状星团恒星流，它们还能帮助天文学家研究暗物质——这种无形物质占据了宇宙中的大部分质量。
直到最近，它们的极度微弱使得这类流难以被探测到。
大型天文数据集和分析方法的改进如今已将它们转变为追踪暗物质和研究星系随时间演变的日益有用的工具。
尼尔斯玻尔研究所的博士生朱莉基尔霍尔姆、丹麦技术大学空间研究所的副教授萨拉皮尔森以及一个国际研究团队近期在天文学家从未发现过的地方探测到了一个。
他们的研究成果已发表在《自然》杂志上。
我们在另一个星系中发现了一个球状星团恒星流。
这是首次在我们自己的星系——银河系之外观测到这样的恒星流，这一发现尤其令人兴奋。
朱莉基尔霍尔姆说道。
一条恒星流出现在银河系之外。
在银河系外寻找球状星团恒星流尤其困难，因为这些结构发出的光非常微弱。
在这个案例中，研究人员在一个超扩散星系内部发现了这条恒星流，而超扩散星系本身就是一种异常暗淡的星系类型。
这种组合使得此次探测格外不同寻常，并将对这些结构的搜索范围扩展到了我们所在星系之外。
博士研究生朱莉基尔霍尔姆（左）和副教授莎拉皮尔森（右）。
图片来源：哥本哈根大学
这开辟了全新的可能性。
我们现在不仅可以在其他星系中寻找球状星团恒星流，而且从长远来看，我们或许还能够测量更多超弥散星系的暗物质含量。
共同作者莎拉皮尔逊说道，她在尼尔斯玻尔研究所工作期间为这一发现做出了贡献。
恒星流可以绘制遥远暗物质的分布图
这一结果不仅仅是简单地探测到该星流。
研究人员首次表明，球状星团恒星流可用于测量银河系外星系中的暗物质——传统上，确定这种不可见物质的分布方式一直很困难。
朱莉基尔霍尔姆说：我们证明，银河系研究中一种成熟的工具可用于了解其他星系，在这些星系中，测量暗物质的分布传统上一直非常困难。
UGC9050Dw1似乎富含暗物质
研究人员聚焦于超扩散星系UGC9050Dw1，并利用星流来估算其质量分布方式和总质量。
他们的分析表明，UGC9050Dw1含有大量暗物质，这与对超扩散星系的预期一致。
我们的研究结果与之前的研究以及他们对这个超弥散星系中暗物质的研究发现相一致。
我们正在用一种全新的工具进行测量，这表明这种方法在银河系之外同样有效。
朱莉基尔霍尔姆说。
未来的望远镜可以扩大搜索范围
尽管这项分析聚焦于单个星系，但该方法最终可能让天文学家能够比较不同类型星系中的暗物质。
到目前为止，来自球状星团恒星流的见解一直局限于银河系。
之前我们通过球状星团恒星流获得的关于暗物质的见解仅限于一个星系——我们自己的星系。
能够在完全不同类型的星系中观测这些恒星流，为利用它们更广泛地理解暗物质的行为方式打开了大门，朱莉基尔霍尔姆说。
有了包括欧几里得空间望远镜和南希格雷斯罗曼空间望远镜在内的设施，研究人员预计天文学家在未来几年将发现更多的球状星团恒星流。
这项研究由维卢姆基金会和欧洲研究理事会资助。
相关知识
奇异星系是指在形态、结构、组成等方面与常见星系存在显著差异的天体系统。
它们可能有着独特的外形，如不规则形状，或者有特殊的物质分布、运动模式。
有些奇异星系是星系间相互作用的结果，天文学家对其研究有助于深入了解星系的演化和宇宙的奥秘。
BY: University of Copenhagen
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
