與類星體和星系相比,星系團為我們展示的則是更加迷幻的時空彎曲效應。這種巨型天體通常包含成百上千個星系,并被一個巨大的暗物質球所包裹。由于暗物質的質量遠大于星系團內部星系質量的總和,星系團也會產生超過單個星系幾千倍的透鏡效果。同時,由星系團構成的透鏡也更加復雜。占據星系團絕大部分質量的暗物質球體,會產生巨大的時空凹陷,而其內部星系也會引起附加的時空扭曲。因此,穿過這種復雜的多面透鏡射出的光,會在星系團造成的時空起伏中為自己找到一條最合適的路線,并以星系團為中心產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)。依靠這些觀測結果,我們就可以推斷出星系團的質量。

這些由哈勃太空望遠鏡拍攝的圖片,看上去就像梵高的油畫一樣怪誕,但在重影和光弧中卻蘊涵著有關透鏡的印記——它的大小、形狀和質量分布。彩圖C.5拍攝了一個帶有明顯標記的藍色星系(其內部塵埃云產生的黑色補丁,阻擋了一部分來自這個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星系所產生的五個影像:三個在圖的左上方,一個在相反的右下方,另一個則在中心。根據這些弧的大小、位置和數(shù)目,以及圖中其他背景星系所產生的小型光弧,我們可以重新構造出透鏡的特征,并發(fā)掘出蘊涵其中的暗物質信息。

透鏡的藝術

這就是透鏡真正的力量——它允許我們追蹤宇宙中的物質,并探測時空本身的結構。但在實際中,由某種物質引起的扭曲效應是否明顯,顯然依賴于時空變形的程度,以及我們解析圖像的能力。而問題的關鍵,就在于如何把我們所看到的圖像,轉化為有關透鏡大小和形狀的信息。

利用愛因斯坦望遠鏡,我們正在以原先無法想象的方式積極拓展著視野。無論是尋找銀河系中的暗物體,還是探求操縱宇宙命運的暗能量,我們對宇宙和微觀世界的探索在帶給我們一個個新謎團的同時,也帶來了一種將幫助我們解開謎題的新技術。