根據(jù)一項(xiàng)近日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的新研究，科學(xué)家利用位于阿爾卑斯山的“北部擴(kuò)展毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列”（NOEMA），以及位于阿塔卡馬沙漠的“阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列”（ALMA），在大約117億光年外，發(fā)現(xiàn)了五個(gè)看上去一模一樣的星系（如下圖所示）。

這種奇異的現(xiàn)象應(yīng)該如何解釋呢？由于這五個(gè)星系在整體上排列成一個(gè)十字形，所以科學(xué)家首先想到的就是，這應(yīng)該是“愛(ài)因斯坦十字”。

簡(jiǎn)單來(lái)講，“愛(ài)因斯坦十字”的形成與引力透鏡效應(yīng)密切相關(guān)，根據(jù)廣義相對(duì)論，引力的本質(zhì)其實(shí)就是時(shí)空的彎曲，所以如果在觀測(cè)者與觀測(cè)目標(biāo)之間有一個(gè)質(zhì)量足夠大的前景天體，那么在觀測(cè)目標(biāo)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)這個(gè)前景天體附近空間時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的彎曲，如此一來(lái)，觀測(cè)者就可能看到多個(gè)觀測(cè)目標(biāo)的虛像。

這種現(xiàn)象就是引力透鏡效應(yīng)，而在特定的情況下，引力透鏡就可以形成呈對(duì)稱十字排列的虛像，這就被稱為“愛(ài)因斯坦十字”。

然而科學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)，事情并不是想象中的那么簡(jiǎn)單，要知道“愛(ài)因斯坦十字”的中心區(qū)域，應(yīng)該是產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)的前景天體，它會(huì)擋住目標(biāo)天體，所以其中心區(qū)域，要么就是前景天體的光芒，要么就直接被遮擋了。

（↑已知的“愛(ài)因斯坦十字”之一，位于飛馬座方向，距我們大約80億光年，可以看到在它的中心區(qū)域其實(shí)是前景天體的光芒）

也就是說(shuō)，如果此次發(fā)現(xiàn)的真的是“愛(ài)因斯坦十字”，那它的中心區(qū)域就不應(yīng)該出現(xiàn)那個(gè)虛像，但實(shí)際觀測(cè)卻顯示，它的中心區(qū)域清清楚楚地出現(xiàn)了一個(gè)虛像。

盡管如此，科學(xué)家仍然認(rèn)為這五個(gè)看上去一模一樣的星系，應(yīng)該是一個(gè)被稱為“HerS-3”的星系因?yàn)橐ν哥R所形成的，根據(jù)測(cè)算，這個(gè)星系距離地球大約117億光年，于是他們就開(kāi)始致力于尋找產(chǎn)生引力透鏡的前景天體。

而在經(jīng)過(guò)一系列的觀測(cè)之后，他們發(fā)現(xiàn)，在“HerS-3”和地球之間，距離我們大約78億光年的區(qū)域，確實(shí)存在4個(gè)星系（下圖中的G1至G4）。

所以科學(xué)家就推測(cè)，這4個(gè)星系應(yīng)該充當(dāng)了前景天體，它們引力場(chǎng)的共同作用所產(chǎn)生的引力透鏡，讓“HerS-3”發(fā)出的光形成了5個(gè)虛像，其中就包括了中心區(qū)域的那個(gè)虛像，而在我們看來(lái)，這個(gè)虛像正好位于這4個(gè)星系的間隙之中，所以我們就可以看到它（如下圖所示）。

有了這個(gè)推測(cè)，當(dāng)然就要進(jìn)行驗(yàn)證了，于是科學(xué)家利用對(duì)這4個(gè)星系的觀測(cè)數(shù)據(jù)建立起引力透鏡模型，然后嘗試通過(guò)調(diào)整不同的參數(shù)來(lái)重現(xiàn)實(shí)際觀測(cè)到的情況。

模擬結(jié)果是令人意外的，無(wú)論他們?nèi)绾握{(diào)整參數(shù)，這4個(gè)星系都不能重現(xiàn)實(shí)際觀測(cè)到的情況，模擬出的結(jié)果要么是中間那個(gè)虛像位置不對(duì)，要么就是其他4個(gè)虛像的位置不對(duì)，而假如在特定位置（下圖中標(biāo)為DM的位置）上額外加上一個(gè)足夠大的質(zhì)量團(tuán)，那所有虛像的位置就都可以調(diào)整到與實(shí)際觀測(cè)到的情況一模一樣。

但問(wèn)題是，根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，這個(gè)額外加入的質(zhì)量團(tuán)的范圍可達(dá)十萬(wàn)光年以上，質(zhì)量則相當(dāng)于太陽(yáng)的幾萬(wàn)億倍，然而觀測(cè)數(shù)據(jù)卻表明，在那個(gè)特定位置上，什么都沒(méi)有。

為什么會(huì)這樣呢？難道是宇宙出bug了嗎？實(shí)際上，近些年來(lái)確實(shí)有科學(xué)家提出了“虛擬宇宙論”，該理論認(rèn)為，宇宙有可能是一個(gè)虛擬程序，在此前提成立的情況下，宇宙中很多令人費(fèi)解的現(xiàn)象就可以得到合理的解釋。

所以根據(jù)該理論可以推測(cè)出，如果宇宙真是虛擬的，出點(diǎn)bug也是可以理解（畢竟宇宙那么大嘛），或許是因?yàn)槟撤N原因，這個(gè)虛擬程序錯(cuò)誤地生成了五個(gè)一模一樣的星系。

當(dāng)然了，“虛擬宇宙論”只是一種未經(jīng)證實(shí)的假說(shuō)，雖然該理論也有一些的支持者，但這并沒(méi)有得到科學(xué)家的普遍認(rèn)同。那么，從自然形成的角度來(lái)說(shuō)，這又應(yīng)該如何解釋呢？對(duì)此，科學(xué)家給出的推測(cè)是，這應(yīng)該與暗物質(zhì)密切相關(guān)。

關(guān)于暗物質(zhì)，相信大家或多或少都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，簡(jiǎn)單來(lái)講就是，暗物質(zhì)不會(huì)發(fā)光，也不會(huì)吸收和反射光，但它們卻有質(zhì)量，并可以產(chǎn)生與其質(zhì)量相匹配的引力。

所以科學(xué)家就推測(cè)，這個(gè)“額外的質(zhì)量團(tuán)”應(yīng)該是由大量暗物質(zhì)構(gòu)成的“暗物質(zhì)暈”，雖然我們無(wú)法直接觀測(cè)到它的存在，但它與前面提到的那4個(gè)充當(dāng)前景天體的星系的引力場(chǎng)的共同作用所產(chǎn)生的引力透鏡，卻讓我們看到了這個(gè)奇異的“愛(ài)因斯坦十字”。

就目前的情況來(lái)看，這也只能算是一種合理的推測(cè)，實(shí)際情況是否真是如此還有待進(jìn)一步的探索，畢竟我們連暗物質(zhì)是否真的存在都不是很確定……

參考資料：HerS-3: An Exceptional Einstein Cross Reveals a Massive Dark Matter Halo，The Astrophysical Journal, Volume 991, Number 1，DOI 10.3847/1538-4357/adf204