你能想象一個星系有三個完全相同的分身嗎？這就像一個宇宙中的魔術表演，讓你目瞪口呆。但這並不是魔術師的戲法，而是一種奇妙的自然現象，叫做引力透鏡。在這裏，我們將揭秘這種現象是如何發生的。

這些星系的“星系分身”是由俄亥俄州樸茨茅斯肖尼州立大學的天文學家蒂莫西·哈密爾頓在2013年偶然發現的。在分析哈勃太空望遠鏡的數據時，哈密爾頓發現了兩個完全相同的星系，一個是另一個的鏡像，就在太空中靠在一起。

這兩個影像不僅形狀相同，兩者的星系中心都有相同的星光斑點，而且它們還有著相同的暗色平行線。當哈密爾頓發現第三個星系時，謎團更加深了，因爲這個星系與其他兩個星系完全相同，位于它們的正上方。

哈密爾頓在一份聲明中表示：“我們真的很困惑。我的第一個想法是，也許它們是相互作用的星系，有著潮汐伸展的臂。這並不完全合適，但我不知道還能有什麽其他解釋。”

現在，在八年的猜測之後，哈密爾頓和他的同事們終于找到了一個令人滿意的解釋，該研究于5月17日發表在《皇家天文學會月報》上。這些神秘的宇宙克隆其實只是同一個星系，距離地球110億光年。但是，一團巨大的暗物質引力使得遠處的光線被彎曲成三個影像。暗物質是一種神秘的、看不見的物質，據信占據了宇宙大部分的物質，科學家假設它是阻止星系飛散的膠水。

愛因斯坦的廣義相對論描述了大質量物體是如何扭曲時空結構的。通常，被人們理解爲引力透鏡。引力透鏡它描述了大質量物體是如何扭曲時空結構的。你可以把時空想象成一張彈性的床單，當你在上面放一個重物時，它會凹陷下去，形成一個彎曲的區域。如果你在這個區域附近抛一個小球，它的運動軌迹會被彎曲，就像在一個凹凸不平的表面滾動一樣。同樣，當光線穿過一個彎曲的時空區域時，它也會被彎曲，就像在一個哈哈鏡中反射一樣。這就是引力透鏡的效果，它可以放大、扭曲或複制遠處的光源，讓我們看到一些平常看不到的景象。

這種彎曲的時空反過來規定了能量和物質的運動規律。在這些星系三胞胎的情況下，光線穿過極度彎曲的時空區域時呈彎曲狀態 —— 在一個巨大的哈哈鏡中彎曲和扭曲，最終以三個完美的複制品的形式出現在三個出口點。“想象一下晴天時遊泳池底部的波紋表面，顯示出在池底的亮光圖案，”夏威夷大學物理學教授、主要作者理查德·格裏菲斯在聲明中說，“這些底部的亮光圖案是由引力透鏡效應引起的類似效應。水面的波紋充當部分透鏡，將陽光聚焦成在底部呈亮晶晶圖案。”

通過觀察靠近這些影像的太空區域，研究人員成功識別出導致這種不尋常透鏡效應的罪魁禍首：一團致密的暗物質，屬于距離地球70億光年的一個星系團，位于地球和那個光線被彎曲的星系之間。

利用一種專門設計的計算機程序，物理學家們通過研究暗物質是如何拉伸星系的三個影像來計算其分布。他們得出結論，爲了使影像現在看起來如此，暗物質必須“平滑”地分布在彎曲光線的星系團中 —— 這不僅幫助他們解釋這些影像，還讓他們對暗物質如何在宇宙中分布有了新的見解。

格裏菲斯表示：“我們知道它是暗物質某種形式的物質，但我們不知道它是什麽構成的粒子。所以我們不知道它的行爲。我們只知道它有質量並受到引力影響。關于凝聚或平滑的大小限制的重要性在于，它給我們一些線索，關于這個粒子可能是什麽。暗物質凝塊越小，粒子就越重。”