據外媒報道，當一個遙遠的星系的光線在經過它前面的大質量星系或星系團時被放大、拉長和變亮，許多光學幻覺就會出現。這種現象被稱為引力透鏡，產生了背景星系的多個被拉伸和增亮的圖像。這種現象使天文學家能夠研究非常遙遠的星系，除了通過引力透鏡的影響外，它們是無法看到的。挑戰在於試圖從透鏡產生的奇特形狀中重建遙遠的星系。但是，使用哈勃太空望遠鏡的天文學家在分析類星體時偶然發現了這樣一個奇怪的形狀。他們發現了兩個明亮的線性天體，似乎是彼此的鏡像。另一個怪異的天體就在附近。
這些特徵讓天文學家們大惑不解，以至於他們花了幾年時間才解開了這個謎團。在兩位引力透鏡專家的幫助下，研究人員確定，這三個天體是一個遙遠的、未被發現的星系的扭曲圖像。但最大的驚喜是，這些線性天體是彼此的精確“拷貝”，這是一種罕見的情況，是由背景星系和前景透鏡星團的精確排列造成的。
天文學家已經看到了散布在我們浩瀚宇宙中的一些相當奇怪的東西，從爆炸的恆星到碰撞的星系。因此，人們可能會認為，當他們看到一個奇怪的天體時，他們將能夠識別它。但是美國宇航局的哈勃太空望遠鏡發現了似乎是兩個相同的天體，它們看起來如此奇怪，天文學家花了幾年時間才確定它們是什麼。
肖尼州立大學（普茨茅斯）的天文學家蒂莫西-漢密爾頓說：”我們真的被難住了”。這些古怪的天體由一對星系凸起（一個星系中充滿恆星的中心樞紐）和至少三個幾乎平行的分裂條紋組成。漢密爾頓在使用哈勃測量類星體的集合時意外地發現了它們，類星體是活動星系的熾熱核心。
漢密爾頓向同事尋求幫助，並做了很多大量的工作之後，漢密爾頓和由夏威夷大學希洛分校的理查德-格里菲斯領導的團隊，終於把所有的線索放在一起，解開了這個謎團。這些線性天體是位於110多億光年外的一個引力凝聚的遙遠星系的拉伸圖像。而且，它們似乎是彼此的鏡像。
研究小組發現，一個介入的、未編入目錄的前景星系團的巨大引力正在扭曲空間，放大、增亮和拉伸它後面的一個遙遠星系的圖像，這種現象稱為引力透鏡。儘管哈勃觀測揭示了許多由引力透鏡引起的這些有趣的鏡像扭曲，但這個天體是令人困惑的。
在這種情況下，一個背景星系和一個前景星系團之間的精確排列產生了遠程星系的同一圖像的雙倍放大副本。這種罕見的現象之所以發生，是因為背景星系跨過了空間結構中的一個漣漪。這個”波紋”是一個最大的放大區域，由密集的暗物質的引力引起，暗物質是構成宇宙大部分質量的看不見的膠水。當來自遙遠的星系的光沿着這個波紋穿過星團時，產生了兩個鏡像，同時還可以看到偏向一側的第三個圖像。
格里菲斯將這種效果比作在游泳池底部看到的明亮的波浪形圖案。”想想在一個晴朗的日子裡，游泳池表面的波紋，在池底顯示出明亮的圖案，”他解釋說。”底部的這些明亮圖案是由一種類似於引力透鏡的效應引起的。表面上的漣漪作為部分透鏡，將陽光聚焦到底部明亮的方格圖案上。”
在引力透鏡的遙遠星系中，”波紋”極大地放大並扭曲了通過星系團的背景星系的光線。”波紋”的作用就像一面不完美的彎曲的鏡子，產生了雙重副本。
解開這個謎團
但是當漢密爾頓在2013年發現這些奇怪的線性特徵時，這種罕見的現象並不為人所知。當他翻閱類星體圖像時，鏡像圖像和平行條紋的快照脫穎而出。漢密爾頓以前從未見過這樣的東西，其他團隊成員也沒有見過。
漢密爾頓說：”我的第一個想法是，也許它們是具有潮汐拉伸臂的相互作用的星系。這並不適合，但我不知道還能怎麼想。”
於是漢密爾頓和團隊開始了他們的探索，以解開這些誘人的直線之謎，後來因其發現者而被稱為“漢密爾頓天體”。他們在天文學會議上向同事們展示了這個奇怪的圖像，引起了各種反應，從宇宙弦到行星星雲。
但是，當漢密爾頓在2015年美國宇航局的一次會議上展示該圖像時，並不是最初團隊成員的格里菲斯提出了最合理的解釋。這是一個放大和扭曲的圖像，是由類似於在哈勃圖像中看到的其他大質量星系團的透鏡現象引起的，這些星系團正在放大非常遙遠的星系的圖像。當格里菲斯在哈勃的一個深層星系團調查中了解到一個類似的線性物體時，他證實了這個想法。
然而，研究人員仍然有一個問題。他們無法識別透鏡星團。通常情況下，研究星系團的天文學家們首先會看到導致透鏡的前景星系團，然後再找到星系團內遙遠星系的放大圖像。對斯隆數字天空調查圖像的搜索顯示，一個星系團位於在與放大圖像相同的區域，但它並沒有出現在任何編目調查中。儘管如此，這些奇怪的圖像位於一個星系團的中心，這一事實使格里菲斯清楚地認識到，這個星系團正在產生凝聚的圖像。
研究人員的下一步是確定這三幅凝聚圖像是否處於相同的距離，因此是否都是同一個遙遠星系的扭曲畫像。夏威夷的雙子座望遠鏡和W.M.凱克天文台的光譜測量幫助研究人員進行了這一確認，顯示出凝聚的圖像是來自110多億光年外的一個星系。
根據對第三張凝聚圖像的重建，這個遙遠的星系似乎是一個邊緣上的條狀螺旋體，有持續的、結塊的恆星形成。
在格里菲斯和夏威夷大學希洛分校本科生進行光譜觀測的同時，芝加哥的另一組研究人員利用斯隆數據確定了這個星團並測量了它的距離。該星團位於70多億光年之外。
但是，由於關於這個星團的信息非常少，格里菲斯的團隊仍然在努力研究如何解釋這些不尋常的透鏡形狀。”這個引力透鏡與哈勃之前研究的大多數透鏡非常不同，特別是在哈勃前沿領域調查的星團中，”格里菲斯解釋說。”你不必長時間盯着那些星團就能發現許多透鏡。在這個天體中，這是我們唯一的透鏡。而我們起初甚至不知道這個星團。”
隨後格里菲斯聯繫引力透鏡理論專家-德國海德堡大學的珍妮-瓦格納。瓦格納曾研究過類似的天體，並與現在英國曼徹斯特大學的研究人員尼古拉斯-特索雷一起開發了計算機軟件，用於解釋像這樣的獨特透鏡。他們的軟件幫助研究小組弄清了所有三個透鏡圖像是如何形成的。他們得出結論，拉伸圖像周圍的暗物質必須在空間中以小尺度”平滑”分佈。
“很好，我們只需要兩個鏡像，以便獲得暗物質在這些位置上的結塊或不結塊的規模，”瓦格納說。“在這裡，我們不使用任何透鏡模型。我們只是把多個圖像的觀測數據和它們可以相互轉換的事實。它們可以通過我們的方法被摺疊成一個。這已經給了我們一個想法，即暗物質在這兩個位置需要多麼光滑。”
格里菲斯說，這個結果很重要，因為天文學家在發現暗物質近一個世紀之後仍然不知道它是什麼。”我們知道它是某種形式的物質，但我們不知道其組成粒子是什麼。所以我們根本不知道它的行為方式。我們只知道它有質量並受到引力的影響。對結塊或平滑度的大小限制的意義在於，它給我們提供了一些關於粒子可能是什麼的線索。暗物質團塊越小，粒子的質量肯定越大”。
該團隊的論文發表在9月份的《皇家天文學會月刊》上。