研究人员发现了一个特殊的集群尺度强引力透镜，称为旋转透镜，其特征是七个背景星系的罕见排列。这种独特的配置为研究宇宙学，特别是集中于暗物质和暗能量，开辟了新的途径。
“我们在这里发现的是一种令人难以置信的幸运‘星系排列’——几个人造星系在可观测宇宙的大部分视线上的偶然位置，”研究共同作者、伯克利实验室物理部门高级科学家大卫·施莱格尔(David Schlegel)表示。“找到一个这样的排列就像在干草堆中寻找针。发现这么多就像是在那个干草堆中发现八根完美排列的针。”
旋转透镜由一个前景星系集群（充当‘透镜’）和七个背景星系组成，这些星系散布在宇宙的广阔距离中。这种显著的排列允许天文学家通过透镜造成的引力扭曲观察这些遥远的星系。在下面的引人注目的图像中：
- 透镜集群位于距地球50亿光年处，由其四个最亮和最庞大的星系（标记为La、Lb、Lc和Ld）表示，形成了图像的前景。
- 七个不同的星系（编号为1到7）可以通过透镜看到，位于更远的地方，距离在76亿到120亿光年之间，接近可观测宇宙的边缘。
- 这些星系中的每一个出现多次（由每个数字配有字母索引识别，如a到d），并显示其形状的差异，因为由于透镜周围弯曲的时空，它们看起来弯曲并被拉伸成无数个“游乐场镜子”的版本。
- 值得注意的是，这一发现包括已知的最大的爱因斯坦十字，在星系编号4（标记为4a、4b、4c和4d）的多个出现中可见。这种围绕透镜中心的多重图像的罕见排列表明，透镜中的质量分布是对称的，主要受看不见的暗物质的影响，这对透镜建模至关重要。
当遥远星系的光线经过近距离星系或星系集群的引力场时，可以被放大和扭曲。有时，这些宇宙物体会发生几乎完美的对齐，形成强引力透镜。利用来自暗能量光谱仪（DESI）遗产成像调查的新数据，以及来自NASA哈勃太空望远镜和国家能源研究科学计算中心（NERSC）的普尔穆特超级计算机的最新观察，研究小组扩展了他们在2020年5月和2021年2月的先前研究，以识别重要的强透镜候选者，从而导致这一激动人心的发现。
“我们的团队一直在积极寻找强透镜，并为最具洞察力的系统构建模型，”研究共同作者、伯克利实验室超新星宇宙学项目成员以及旧金山大学物理和天文学教授黄小生（Xiaosheng Huang）表示。“旋转透镜代表着七个星系在五个不同组合中的非凡对齐，几乎完美地位于前景集群后面。每个背景星系的多个图像在主透镜周围形成大致同心的圆形图案，令人想起旋转木马。这一发现是前所未有的，开发的计算模型具有很大的潜力，可以评估各种宇宙属性，包括暗物质和暗能量的属性。”
该研究还包括了几位来自伯克利实验室的学生研究人员，其中首席作者威廉·秀（William Sheu）在这项研究期间作为DESI的本科实习生开始，现在是加州大学洛杉矶分校的博士生，并与DESI合作。
旋转透镜将使科学家以创新方式探索暗能量和暗物质，得益于观测数据和计算模型的质量。
“这种高度不寻常的排列将为测试宇宙学理论提供绝佳机会，”伯克利实验室物理部门主任纳塔莉·帕朗克·德拉布鲁伊尔（Nathalie Palanque-Delabrouille）指出。“它还展示了为DESI进行的成像如何应用于其他科学研究，例如解开暗物质的奥秘和理解由暗能量驱动的宇宙加速扩展。”
