超越維度的力量，在太空中向人類展示了一個(gè)怪異的“十字”

一個(gè)異乎尋常的“愛(ài)因斯坦十字”。

異乎尋常的“愛(ài)因斯坦十字”。除了通常的四個(gè)像，其中心還有奇怪的第五個(gè)像。

Nicolás Lira Turpaud（ALMA Observatory） / Pierre Cox

法國(guó)國(guó)家科研中心的Pierre Cox在看到北部擴(kuò)展毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列（Northern Extended Millimeter Array）傳回的圖像時(shí)不敢相信自己的眼睛——深空中一個(gè)名為HerS-3的星系影像竟然被投射成了十字。

這是引力變的戲法——雖然罕見(jiàn)，卻也在可以理解的范圍內(nèi)。距離遙遠(yuǎn)的星系或類星體發(fā)出的光，在掠過(guò)質(zhì)量巨大的天體時(shí)，行進(jìn)路線會(huì)受這個(gè)天體引力場(chǎng)影響而發(fā)生彎曲。如果天體和觀測(cè)者的空間排列恰到好處，當(dāng)這些光到達(dá)觀測(cè)者眼中后，就會(huì)形成四個(gè)獨(dú)立影像，分列在前景天體的四個(gè)象限上，看上去就像一個(gè)十字。

這就是所謂的“愛(ài)因斯坦十字”。但這個(gè)十字卻有些異常。因?yàn)镃ox在其中心點(diǎn)附近，看到了詭異的第五個(gè)像。

起初Cox和他的同事們還以為是儀器出了故障，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)并非如此——因?yàn)檫h(yuǎn)在智利阿塔卡瑪沙漠中的歐洲南方天文臺(tái)大型毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列也拍到了。

人們被這第五個(gè)像搞糊涂了。“愛(ài)因斯坦十字”理論上只會(huì)形成四個(gè)像。中心點(diǎn)附近要么是前景天體，要么是漆黑一團(tuán)——被投射成十字的背景星系亮度會(huì)被增強(qiáng)，而這通常會(huì)使其與前景構(gòu)成明顯的反差。

但這個(gè)十字中心出現(xiàn)的，卻是背景星系的第五個(gè)像。分析結(jié)果確認(rèn)，構(gòu)成這個(gè)像的每一個(gè)光子，都來(lái)自大約116億光年外的HerS-3。

計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，這個(gè)奇怪的現(xiàn)象或許只有用HerS-3和地球之間存在一個(gè)巨大的暗物質(zhì)暈才能解釋得通。

盡管哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，在HerS-3和地球之間，在大約78億光年遠(yuǎn)處，存在一個(gè)由四個(gè)可見(jiàn)星系組成的星系群，但分析結(jié)果表明僅包含這四個(gè)星系的透鏡模型不足以準(zhǔn)確再現(xiàn)觀測(cè)結(jié)果。

而當(dāng)人們?cè)谠撔窍等鹤盍列窍档臇|南側(cè)引入第五個(gè)看不見(jiàn)的質(zhì)量點(diǎn)后，重建結(jié)果卻能精確匹配HerS-3五個(gè)像的所有特征。

HerS-3星系在“愛(ài)因斯坦十字”中形成了五個(gè)像。G1至G4為前景透鏡星系群中的四個(gè)可見(jiàn)星系。黃色星標(biāo)為不可見(jiàn)的暗物質(zhì)暈所在位置。

Pierre Cox / ALMA（ESO / NAOJ / NRAO）/ NOEMA

暗物質(zhì)不發(fā)射光，不反射光，也不吸收光；它只產(chǎn)生引力，只通過(guò)引力和外部世界溝通。

科學(xué)家其實(shí)根本不知道它是什么。有人認(rèn)為它是一種奇特的粒子，有人認(rèn)為它是經(jīng)典理論的謬誤，甚至有人認(rèn)為它是高維世界在三維宇宙里的影子……

但不管它是什么，也唯有它才能解釋，為什么我們?cè)讷@得一個(gè)“愛(ài)因斯坦十字”的同時(shí)，卻還能在十字中心看到背景星系的第五個(gè)像。

“愛(ài)因斯坦十字”是“引力透鏡”的一個(gè)特例，而現(xiàn)在這個(gè)透鏡有了一塊完全透明的鏡片。或許這塊鏡片后面有一只窺視我們——就像我們現(xiàn)在正在窺視它們——的眼睛。

HerS-3“愛(ài)因斯坦十字”形成原理。Nicolás Lira Turpaud / Pierre Cox / ALMA（ESO / NAOJ / NRAO）

參考

HerS-3: An Exceptional Einstein Cross Reveals a Massive Dark Matter Halo

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adf204