12個完美相同的星系困惑了科學家

你是大巨人，用你衣櫥裡的原料創造出我們的宇宙。你做了美麗的旭日弧星系。來把它放在距離地球大約110億光年的地方吧。現在來加點亮度...尺寸...喔，你不小心按到複製鍵。糟糕！這個星系現在有12份複製品了！

如果你看了最近的哈伯望遠鏡影像，這個情境其實並非那麼不可能。這裡有四道不尋常的弧線。1、2、3和4，而且每一條弧線都有亮點。

每個點都剛好是旭日弧星系的複製品。這有兩種可能：要嘛有人創作了12個完美相同的星系，或者這只是視錯覺。科學家堅持是第二個選項。

首先，我們來看看晚上的燈。看到光旁邊的圈嗎？那叫做「暈」，出現在空氣中有許多冰晶或水珠的時候。

這些晶體會折射燈泡的光，就像透鏡一樣。身為觀察者的我們就看到明亮的光圈。嗯，暈輪和旭日弧的照片確實有點類似，是吧？

確實是的。不過在寒冷又黑暗的太空中有什麼能當成透鏡扭曲光線呢？我們知道有個東西重到可以彎曲時空。

讓我們拿張大網，且說這是時空片吧。現在放上某個跟我們太陽一樣重的東西。注意到它讓網子下陷了嗎？現在這裡有個深深的漏斗。任何在它旁邊的物品都一定會掉進漏斗裡。太陽系就是這樣運作的。像是行星和小行星這樣的小物品繞行漏斗跟太陽。

現在放個超龐大的東西在網子中央 —— 一個黑洞。它讓網子下陷到我們連漏斗的底都看不見了。現在沒有物品，甚至連光本身都逃不過這個引力陷阱。

假如我們看看已知的黑洞，我們看得到它實際進行。它們像義大利麵條般地把光吸進去，留下碎屑在事件視界上，可是這些很快也會消失。

所以黑洞彎曲光，卻不會讓光抵達地球，因為黑洞太重了。可是假如你把輕一點的東西放在時空網上[訂閱]就幾乎無法把它彎曲。我們需要介於之間的東西。這東西要把光彎曲但不吸收。一個星團。

我們來從頭追蹤這個過程。這裡是旭日弧星系。它釋放光子。這些光束以不可思議的速度朝地球而來。

你用這個速度從你家行進1億5千萬公里去到太陽只要8分鐘。

這些光束距離地球大約46億光年的時候遇到一個星團。這星團的作用像透鏡，只不過使用的是重力而非弧形玻璃。

光線分裂，從不同方向繞過星團再繼續前往地球。對觀察者來說，結果就是它看起來像光弧，每一個都有這星系的輕量複製版。

但這12個星系中何者為真？嗯...都不是。不過與此同時，這些複製品全部都是一個真正的星系。視錯覺就是這樣運作的。

這是宇宙馬蹄。這個明亮的藍弧位於獅子座的兩個星系系統。這裡的狀況也一樣。來自這兩個星系的光穿過重量約為銀河系[x]100倍重的另一個星系透鏡。

所以重力透鏡不只是美麗，而且對科學家來說也不可思議地實用。遙遠的太空中有許多微弱又黯淡的天體。遠距讓我們看不見它們。可是重力透鏡協助這些光抵達觀察者，然後我們可以開始研究這些遙遠的宇宙天體。

舉例而言，旭日弧是一個極為古老的星系，來自整個太空還是黑暗又毫無星星的時代 —— 再電離時期。

這大約是大爆炸之後的5億5千萬到8億年。這是第一批恆星開始出現的時候。它們的光幫宇宙「充電」，它在幾十億年後變成我們現在看到的型態。

所以我們能藉由研究旭日弧這樣的星系來了解宇宙是如何誕生與形成的。

而這樣的圓弧只是透鏡的一種類型；另一種是愛因斯坦十字架。

我們來看飛馬座吧。在那個方向大約80億光年處有一個明亮的類星體。

這是一個活躍星系核，其中心是一個超龐大的黑洞。它吸收周圍的星狀塵與物質所以變得更大也更亮。

一個類星體散發的能量比我們星系所有恆星加在一起還高100倍。這也是全宇宙最亮的天體。其亮度預估為+12.6單位。與此同時，可觀測的最明亮恆星是-1.46[單位]。

我們可以觀察類星體的亮光如何彎曲並形成愛因斯坦十字架的。一道光束飛向一個距離地球四億光年的星系並且開始彎曲。

作為觀察者的我們，看到結果：四個亮點和位於中心的星系透鏡本身。

或許這個類星體在未來會變成一個大星系，而我們將能藉由這個透鏡觀察它誕生的過程。

而太空中這樣的透鏡我們知道的大約有100個。這些是不同的星系，距離地球夠遠而且重量足以彎曲光線。

考量到宇宙中大約有2兆個星系，僅僅100片透鏡似乎很少。這全都因為折射光線的星系或星團必須黯淡。假如明亮，我們就只會看到它們本身的光。

就算是我們銀河系也可能被當成透鏡。假如太空遠方有高智能生命而且跟我們一樣在探索宇宙，那他們可能把望遠鏡對著我們星系，並且看到來自我們背後遙遠世界彎曲的光。

有趣的是，就連太陽這麼小的天體也能彎曲來自其他恆星的光。不過它彎曲光線的角度很小，所以你幾乎是看不出差異的。

有時候你在地球上也能看到跟旭日弧星系一樣的複製品，而且甚至不需要望遠鏡。天氣嚴寒時，你能在地平線看到三個太陽。這跟在路燈周圍創造光暈的冰晶相同。它們折射太陽光，以致於暈輪有兩個亮點位於真正太陽的兩側。這些點又大又亮，可能真的跟正港太陽混淆。

類似的效應也出現在月光上。月亮把陽光反射到地球，不過雲層中的晶體折射了光，讓你看到月亮旁邊有兩個藍點。

不過講到太空中的重力透鏡呢，這些彎曲的不只是光線，還有時間流。規則很簡單：物體越大越重，時間流過它就越慢。

所以假如你找到超龐大的黑洞而且能去到它的中心，時間基本上可以為你靜止。黑洞附近的1分鐘[=]可能等於地球上的幾個星期[週]或甚至幾個月。

不過地球也蠻重的哦，而且也減緩時間流。你可以飛離地球夠遠，擺脫它的重力影響。現在你穿過時間的速度就比地球上的每個人都快了。

而且地球上有個人真的進行過這樣的旅程。這是一位在國際太空站上待過803天9小時又39分鐘的太空人。甚至還有41個小時在外太空！現在他穿越時間比地球上所有居民都快0.02秒。

且讓我們回到時空網上。把地球放在這裡。它只讓網子彎曲一點點。不過這足以讓漏斗中心的時間流跟距離它幾英寸的時間流不同了。這位太空人就是這樣往前時光旅行的。