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发现有史以来最大的宇宙结构“南极墙”

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-06

  

  发现有史以来最大的宇宙结构“南极墙” 绵延14亿光年包含数十万个星系

  据cnBeta:研究人员研究宇宙的3D地图,发现了有史以来最大的宇宙结构之一。

该结构是一堵巨大的墙,绵延14亿光年,包含了数十万个星系。

它被称为南极墙,一直隐藏在众目睽睽之下。

科学家们说,它之所以到现在还没有被发现,是因为它的大部分位于5亿光年之外,位于明亮的银河系后面。

  南极墙的规模可与斯隆墙相媲美。

后者是迄今发现的第六大宇宙结构。

天文学家早就知道,星系并不是随机分散在宇宙中的,而是聚集在所谓的宇宙网中。

宇宙网由一连串氢气组成,星系就像项链上的珍珠一样串在一起,周围是大片的空洞。

科学家们正致力于绘制星系间的线,作为宇宙学领域的一部分。

此前该领域的工作已经绘制了其他巨大的星系结构。

有史以来发现的最大的单一结构被称为大力神-日冕墙,横跨100亿光年。

为了创建他们的新地图,研究人员使用新的天空测量来窥视一个被称为银河遮蔽区的区域。

  那是天空南部的一个区域,在那里,银河系的亮光挡住了它背后的大部分东西。

该团队使用的方法包括常用的红移,但也考虑到了星系相互之间的运动。

该技术的优势在于,它可以让科学家们探测到隐藏的质量,这些质量在引力作用下影响着其他星系的运动。

  相关报道:天文学家发现银河系中隐藏着一个容纳大量星系的新宇宙结构

  据cnBeta:外媒BGR报道,天文学家近日发现了一个新的宇宙结构,它可能容纳了数量惊人的星系、恒星和行星。

这个结构现在被称为“南极墙”( South Pole Wall),它位于一个被我们的银河系所遮挡的区域内。

这一发现是利用显示星系运动的数据,在从地球可见的空间区域内进行的。

  这是一个巨大的星系集合体,直径约14亿光年。

它包含无数的恒星和行星, 它一直隐藏在我们的银河系后面,直到宇宙学家想出了一个解决办法。

当我们窥视太空时,天空中的很多地方都是没有遮挡的,但如果我们向自己星系的方向看去,众多恒星和其他物质的光线会阻挡我们对那片空间区域的大部分视野。

于是,研究人员想出了一种不同的方法来绘制他们看不到的东西。

  他们没有尝试直接观测该区域,而是利用之前的调查数据绘制了他们能看到的遥远星系的运动情况。

他们考虑到了星系远离地球的速度,以及来自其他方向的引力对它们的影响。

在对海量数据进行压缩后,得出的地图显示了一个巨大的质量集合,是有史以来检测到的十大宇宙结构之一。

  正如LiveScience报道的那样,研究人员估计,这个“南极墙”包含了大约1亿个太阳的质量。

研究人员表示,那里可能有更多的质量,他们还没有能够探测和绘制。

真正有趣的部分是,研究人员无法确定这个巨大的物质球体包含什么。

很有可能由于其巨大的体积,那里有多达数十万个星系,但由于暗物质--虽然不发光,但仍会施加引力--被认为在太空中比普通物质更丰富,所以也可能有大量的暗物质存在。

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