在过去十年左右的时间里，天文学家们有了一个令人不安的认识：他们不知道宇宙中至少90%的物质是由什么组成的。通过观测星系团，天文学家们知道可见物质的引力无法解释他们在星系团内看到的所有运动。因此，某种他们看不见的物质——被称为暗物质——必定存在。新泽西州默里山贝尔实验室的天文学家托尼·泰森最近首次绘制了星系团内暗物质分布的详细地图。他的地图可能无法揭示暗物质是什么，但至少可以显示它不是什么。
为了制作他的地图，泰森使用了一种“宇宙望远镜”，其透镜跨度超过一百万光年。“我们使用哈勃太空望远镜作为一台非常大的望远镜的目镜，”泰森说，“它的物镜是星系团的引力透镜。”引力透镜由一个大质量物体组成，它会弯曲任何从附近经过的光线。当几何形状恰到好处时，这样的透镜可以产生位于透镜后面的单个星系的几个扭曲图像。
最好的例子是一个名为cloo24+1654的星系团的引力透镜效应，它距离我们约20亿光年。它使我们看到了一个位于星系团后面超过30亿光年的星系的八个图像。利用哈勃望远镜，泰森获得了这个星系团和星系的详细图像。然后，他与贝尔实验室的同事格雷格·科钱斯基和伊恩·德尔安东尼奥一起，计算了星系团中的质量分布，该分布最能解释被透镜化的星系多个图像中的各种扭曲。
结果以三维浮雕地图的形式绘制出了物质——包括可见物质和暗物质。单个星系周围的暗物质表现为尖锐的峰值。大部分质量由在星系团中心升起的暗物质隆起组成。泰森说，这张地图排除了那些无法符合他发现的特殊质量分布的暗物质候选者。例如，一些理论家提出，带有一些微小质量的被称为中微子的带电粒子可能是暗物质的重要组成部分。泰森说，这些粒子会在星系团中均匀分布，而不会像他的地图所显示的那样聚集在单个星系周围。
泰森的地图也对关于宇宙最终命运的争论有影响。宇宙会永远膨胀下去，还是有足够的物质来减缓并逆转膨胀？如果他绘制的暗物质是所有星系团的典型代表，那么宇宙将继续膨胀。“暗物质主导着发光的物质，”泰森说，“如果这就是全部，那么宇宙是开放的。”
