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蝌蚪星系:蝌蚪星系竟然是宇宙中的活化石

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-08-26

  在宇宙这个大水塘里,有着许多的星系在里面游曳。

有的是很常见的星系,但有的却是非常的奇特与稀有。

蝌蚪星系就是一个很稀有的星系,它竟然有着一条长达28亿光年的尾巴,这是令人非常不可思议的。

  蝌蚪星系发现时间

  在2002年天文学家用哈勃空间望远镜拍到了蝌蚪星系的清晰照片,从此这个奇异的星系就进入了人们的视线中,它的尾巴看上去非常的像一只蝌蚪,所以天文学家们就给它取名为“蝌蚪星系”。

这个星系要比银河系都大很多,距离地球有4亿2千万光年。

  蝌蚪星系尾巴由来

  蝌蚪星系是天龙座里面一个小的蓝色星系穿透一个漩涡星系。

因为一次与外来者的碰撞,强烈的相互作用让其变形,并且伸展出了一条由气体、尘埃及星星组成的长达28万光年的尾巴。

  因为星系的互撞,让许多的年轻蓝色恒星和星团出现在旋臂上,同样的情况发生在那条“尾巴”旋臂上。

每个星团里也包括了上百万的恒星。

  因为它包含众多比我们太阳炽热10倍而明亮上百万倍的巨型恒星而显示蓝色,随着巨大恒星的消亡,整个星团将逐渐变红。

这些星团将最后变得和包括我们银河系的星系晕里可以找到的年迈星团一样。

  蝌蚪星系的探索

  为了能够更好的研究蝌蚪星系,哈勃太空望远镜拍摄了一张名为LEDA 36252的蝌蚪星系照片。

而这个星系就像是一个宇宙实验室一样,能够让天文学家对宇宙气体的聚积、星暴的活跃度和球状星团的形成过程进行研究。

  蝌蚪星系内的恒星年龄通常十分古老――它们是早期宇宙的活化石,来自这些星系的形成时期。

LEDA 36252也不例外。

  LEDA 36252带给我们的,除了这些一般特征外,还有一些出乎意料的结果。

它的头部包含了许多极为年轻的恒星,这些恒星的质量加起来相当于10000个太阳。

它们聚集成了一个巨大的星团,主要成份是氢和氦,几乎不含其它元素。

天文学家认为,触发这种爆发式造星运动的原因,是周边原初气体在星系内的累积。

而这些原初气体受到前代恒星聚变产物的影响非常轻微。

  星系的长尾中也散布着明亮的蓝星,包含了至少四个不同的产星区域。

它们的年龄比星系头部中的产星区要大一些。

  天文学家在观测中还发现了强烈恒星风和超新星爆发遗留下来的迹象。

这些天体事件在LEDA 36252头部形成了许多空洞和空腔。

星系主体还向外伸展出许多含有气体和恒星的细长纤维状结构。

  结语:这张照片让天文学家们了解到了宇宙很多新的内容,也为科学家探索宇宙提供了新的方向,当然这个星系的美丽也是毋庸置疑的。

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

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