与类星体和星系相比,星系团为我们展示的则是更加迷幻的时空弯曲效应。这种巨型天体通常包含成百上千个星系,并被一个巨大的暗物质球所包裹。由于暗物质的质量远大于星系团内部星系质量的总和,星系团也会产生超过单个星系几千倍的透镜效果。同时,由星系团构成的透镜也更加复杂。占据星系团绝大部分质量的暗物质球体,会产生巨大的时空凹陷,而其内部星系也会引起附加的时空扭曲。因此,穿过这种复杂的多面透镜射出的光,会在星系团造成的时空起伏中为自己找到一条最合适的路线,并以星系团为中心产生出一系列巨型和小型的光弧(如彩图C.4, C.5, C.6和C.7所示)。依靠这些观测结果,我们就可以推断出星系团的质量。

这些由哈勃太空望远镜拍摄的图片,看上去就像梵高的油画一样怪诞,但在重影和光弧中却蕴涵着有关透镜的印记——它的大小、形状和质量分布。彩图C.5拍摄了一个带有明显标记的蓝色星系(其内部尘埃云产生的黑色补丁,阻挡了一部分来自这个正在孕育恒星的年轻星系的光芒)。在图中我们可以看到这个星系所产生的五个影像:三个在图的左上方,一个在相反的右下方,另一个则在中心。根据这些弧的大小、位置和数目,以及图中其他背景星系所产生的小型光弧,我们可以重新构造出透镜的特征,并发掘出蕴涵其中的暗物质信息。

透镜的艺术

这就是透镜真正的力量——它允许我们追踪宇宙中的物质,并探测时空本身的结构。但在实际中,由某种物质引起的扭曲效应是否明显,显然依赖于时空变形的程度,以及我们解析图像的能力。而问题的关键,就在于如何把我们所看到的图像,转化为有关透镜大小和形状的信息。

利用爱因斯坦望远镜,我们正在以原先无法想象的方式积极拓展着视野。无论是寻找银河系中的暗物体,还是探求操纵宇宙命运的暗能量,我们对宇宙和微观世界的探索在带给我们一个个新谜团的同时,也带来了一种将帮助我们解开谜题的新技术。