人们通常认为，科学上的发现往往出现在你能做到的“毛边”地带——总是出现在你能看到的、最微弱的极限处，最遥远的边界处，信号最低的地方。这似乎是显而易见的，因为容易找到的东西早已被发现。但很多时候，当你观测得比以往更远、更微弱时，你会发现真正新颖的东西……这些新发现可能会（也许！）给现有的宇宙运行模型带来问题。天文学家最近就遇到了这样的事情。哈勃望远镜对一个遥远星系团的观测揭示了其上方的一道光弧。这实际上是一个更遥远星系的扭曲图像，在前景星系团附近，这样的景象并不罕见。但问题是，这个星系本不该在那里。
这张图片是使用哈勃望远镜拍摄的两幅近红外图像的组合。星系团是左侧中心模糊的一团。小方框标出了光弧，大方框则放大了它。这个星系团很不寻常。它距离我们近100亿光年。看到这么远的星系团并不算特别奇怪。奇怪的是它的规模：所有这些星系的总质量可能高达太阳质量的500万亿倍，这使得它成为迄今为止在那个距离上观测到的质量最大的星系团。但是那道光弧……首先，像这样的东西在星系团附近很常见。它们是引力透镜：星系团的引力弯曲了背景中更遥远星系的光线，将其形状扭曲成一道光弧。有关这些光弧的更多信息和酷炫图片，请参阅下面的相关帖子。在这种情况下，我注意到光弧的形状表明，星系团中最大的那个星系（小方框正下方那个）是造成大部分透镜效应的原因。但问题来了：被弯曲光线的那个星系必须位于星系团的另一侧，而那个星系团确实非常遥远。不仅如此，那个星系必须足够明亮，我们才能看到它。总而言之，这使得这样的光弧本应非常罕见。极其罕见。非常罕见，以至于它本不该在那里出现！进行这项研究的天文学家研究了相关的物理学和统计学，他们发现看到这样一幅光弧的几率为零。也就是说，它到底在那里做什么呢？现在我们需要谨慎。我们观测到一个光弧，它恰好位于一个极其庞大的星系团后面。很难准确推断这意味着什么。也许早期宇宙中的星系形成比我们想象的更活跃，所以它们的数量比我们预期的要多。也许这是一个巨大的巧合，背后有一个明亮的星系。也许那个在星系团中起主要作用的星系被比通常更多的物质包围，使其成为一个更强的透镜。有趣的是，利用光弧本身，天文学家计算出那个大星系的质量大约是太阳质量的70万亿倍，这比那个距离上大多数整个星系团还要大！如果发生了一件奇怪的事情，你可能会将其视为巧合而忽略。但两件呢？在这种情况下，光弧的存在以及这个星系和星团的巨大质量让我认为这里有更多我们未曾见过的东西。尽管如此，它到底是什么，仍然不清楚。有一点我们不能排除，那就是我们对早期宇宙的模型可能错了。好吧，我们知道它们并不完美，所以问题在于，它们到底错到什么程度？我预计会有人声称大爆炸宇宙论本身是错误的——我要明确一点：它不是。那些人才是错的。我也预计会有人不喜欢暗物质这个概念。这是我们知道其存在——而且，是的，我们知道它的存在——似乎占宇宙总质量90%的神秘物质。我们对早期宇宙的模型依赖于这些东西，而这个新的结果可能会让这些模型陷入困境。我们确实知道关于暗物质，我们还有很多不了解的地方。但这个光弧并不意味着我们必须抛弃所有的暗物质理论；它只是表明，在更好地理解宇宙之前，我们可能还需要做一些调整。在我们准备放弃像暗物质这样能解释许多其他现象的理论之前，需要比几个奇怪的例子多得多。但这正是这一切的魅力所在！旧模型确实会被推翻，一旦证据足够充分，我们愿意这样做。这次引力透镜观测不足以做到这一点，但它可能是一个更宏大图景的一部分。或者，更有可能的是，有一个更简单的解释，只是我们尚未知晓。毕竟，这就是科学！如果我们已经知道一切，我们就不会进行研究了。宇宙中还有很多我们尚不了解的地方。这就是为什么这一切如此有趣。图片来源：NASA, ESA, and A. Gonzalez (University of Florida, Gainesville), A. Stanford (University of California, Davis and Lawrence Livermore National Laboratory), and M. Brodwin (University of Missouri-Kansas City and Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)
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