與類星體和星系相比,星系團(tuán)為我們展示的則是更加迷幻的時(shí)空彎曲效應(yīng)。這種巨型天體通常包含成百上千個(gè)星系,并被一個(gè)巨大的暗物質(zhì)球所包裹。由于暗物質(zhì)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于星系團(tuán)內(nèi)部星系質(zhì)量的總和,星系團(tuán)也會(huì)產(chǎn)生超過(guò)單個(gè)星系幾千倍的透鏡效果。同時(shí),由星系團(tuán)構(gòu)成的透鏡也更加復(fù)雜。占據(jù)星系團(tuán)絕大部分質(zhì)量的暗物質(zhì)球體,會(huì)產(chǎn)生巨大的時(shí)空凹陷,而其內(nèi)部星系也會(huì)引起附加的時(shí)空扭曲。因此,穿過(guò)這種復(fù)雜的多面透鏡射出的光,會(huì)在星系團(tuán)造成的時(shí)空起伏中為自己找到一條最合適的路線,并以星系團(tuán)為中心產(chǎn)生出一系列巨型和小型的光弧(如彩圖C.4, C.5, C.6和C.7所示)。依靠這些觀測(cè)結(jié)果,我們就可以推斷出星系團(tuán)的質(zhì)量。

這些由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖片,看上去就像梵高的油畫(huà)一樣怪誕,但在重影和光弧中卻蘊(yùn)涵著有關(guān)透鏡的印記——它的大小、形狀和質(zhì)量分布。彩圖C.5拍攝了一個(gè)帶有明顯標(biāo)記的藍(lán)色星系(其內(nèi)部塵埃云產(chǎn)生的黑色補(bǔ)丁,阻擋了一部分來(lái)自這個(gè)正在孕育恒星的年輕星系的光芒)。在圖中我們可以看到這個(gè)星系所產(chǎn)生的五個(gè)影像:三個(gè)在圖的左上方,一個(gè)在相反的右下方,另一個(gè)則在中心。根據(jù)這些弧的大小、位置和數(shù)目,以及圖中其他背景星系所產(chǎn)生的小型光弧,我們可以重新構(gòu)造出透鏡的特征,并發(fā)掘出蘊(yùn)涵其中的暗物質(zhì)信息。

透鏡的藝術(shù)

這就是透鏡真正的力量——它允許我們追蹤宇宙中的物質(zhì),并探測(cè)時(shí)空本身的結(jié)構(gòu)。但在實(shí)際中,由某種物質(zhì)引起的扭曲效應(yīng)是否明顯,顯然依賴于時(shí)空變形的程度,以及我們解析圖像的能力。而問(wèn)題的關(guān)鍵,就在于如何把我們所看到的圖像,轉(zhuǎn)化為有關(guān)透鏡大小和形狀的信息。

利用愛(ài)因斯坦望遠(yuǎn)鏡,我們正在以原先無(wú)法想象的方式積極拓展著視野。無(wú)論是尋找銀河系中的暗物體,還是探求操縱宇宙命運(yùn)的暗能量,我們對(duì)宇宙和微觀世界的探索在帶給我們一個(gè)個(gè)新謎團(tuán)的同時(shí),也帶來(lái)了一種將幫助我們解開(kāi)謎題的新技術(shù)。