高中生在夏威夷星座发现两个螺旋星系碰撞
## 高中生在夏威夷星座中发现两个螺旋星系正在碰撞
那乌哈内马霍埃胡基普伊科奥拉是赋予NGC7253这一影像的夏威夷语名称，NGC7253是一对被彼此引力束缚的螺旋星系。
这张影像由位于夏威夷莫纳克亚山的北双子座望远镜拍摄，为参与霍库拉尼计划的实习生们呈现了一场壮观的象征式展示。
版权：美国国家光学红外天文研究实验室
在夏威夷一家天文台实习的高中生成功拍摄到了一对正在碰撞的螺旋星系，这对星系位于多个文化星座的重叠区域深处。
这两个星系被正式归类为NGC7253，距离地球超过2亿光年，位于飞马座和卡韦洛之风筝（KaLupeoKawelo）星座内。
NGC7253是一个迷人的天体，因为它是两个正在历经数十亿年合并成一个星系的星系，霍库拉尼项目实习生拉扬拉赫曼说，但我们选择这个天体主要是因为它是少数位于夏威夷星座内的天体之一。
尽管相隔四百万光年，NGC7253内部的引力足够强大，使得这两个天区陷入了不可避免的碰撞轨道。
在大约十亿年的时间里，这两个旋涡星系将相互碰撞并合并成一个单一的星系。
当这一切最终发生时，它们的旋臂将引发恒星形成数量的大幅增加。
这些新生的恒星天体随后会使附近的氢气电离，形成HII区。
在高中生们合成的图像中，这些HII区已经以亮粉色光的区域显现出来。
今年夏初，另外三名来自凯奥阿高中和卡美哈美哈学校的学生也参加了霍库拉尼计划。
他们延续前辈的工作，为NGC7253确定了一个正式名称——那ʻ乌哈内马霍埃胡基普伊凯奥拉，大致意思是携手创造生命的双子灵魂。
在莫纳克亚山花费了这么多时间后，对我们来说，选择一个在文化和天文学上都有重要意义的事物很重要，拉赫曼补充道。
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相关知识
螺旋星系是具有旋臂结构的星系，形态似旋涡，由核球、银盘和晕组成。
旋臂聚集大量年轻恒星、气体与尘埃，是恒星形成活跃区。
银河系就是典型螺旋星系，含数千亿颗恒星，旋臂绕中心核球旋转，呈现宇宙中壮丽的天体结构。
螺旋星系的结构包含几个核心部分：中心的核球（以年老恒星为主）、扁平的银盘（旋臂所在区域，聚集着年轻恒星与星际物质）、以及包裹在星系外围的暗物质晕。
旋臂的形成常与密度波理论相关——星系内的物质在密度波的驱动下聚集，从而形成了我们观测到的螺旋形态。
螺旋星系的形成起源于早期宇宙中的气体云坍缩，随着时间推移，气体逐渐旋转并扁平化，形成盘状结构。
它们的演化会受多种因素影响，比如与其他星系的碰撞或合并可能改变旋臂形态，甚至转化为椭圆星系；而星系内部的恒星形成活动则持续为旋臂补充新的恒星。
对螺旋星系的观测是天文学研究的重要方向。
通过观测不同红移的螺旋星系，科学家能了解宇宙不同时期的星系演化规律；同时，螺旋星系中活跃的恒星形成区也为研究恒星诞生、星际介质相互作用等提供了理想样本，帮助人类更深入理解宇宙的结构与演化。
BY: Andrew Paul
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
