A legtöbb ember ismeri a csillagászat eszközeit: távcsöveket, speciális műszereket és adatbázisokat. A csillagászok ezeket használják, valamint néhány speciális technikát a távoli tárgyak megfigyelésére. Az egyik ilyen technikát „gravitációs lencsének” hívják.
Ez a módszer egyszerűen a fény sajátos viselkedésén alapszik, amikor hatalmas tárgyak közelében halad át. Azoknak a régióknak a gravitációja, amelyek általában óriási galaxisokat vagy galaxisfürtöket tartalmaznak, nagyon távoli csillagok, galaxisok és kvazárok fényét fokozzák. A gravitációs lencsékkel végzett megfigyelések segítenek az csillagászok felfedezni azokat a tárgyakat, amelyek a világegyetem legkorábbi korszakaiban léteztek. Feltárják továbbá a távoli csillagok körüli bolygók létezését. Furcsa módon felfedik a sötét anyag amely áthatolja az univerzumot.
A gravitációs lencse mögött álló koncepció egyszerű: az univerzumban mindennek van tömege és ennek a tömegnek gravitációs vonzása van. Ha egy tárgy elég masszív, akkor az erőteljes gravitációs vonzása enyhén meghajlik, amikor elhalad. Egy nagyon hatalmas tárgy, például bolygó, csillag vagy galaxis vagy galaxis klaszter, vagy akár egy fekete lyuk gravitációs tere erősebben húzza a közeli űrben található tárgyakat. Például, ha egy távolabbi tárgyról származó fénysugarak elhaladnak, akkor a gravitációs mezőbe kerülnek, meghajlanak és újrafókuszálnak. Az újrafókuszált "kép" általában a távolabbi objektumok torz nézete. Bizonyos szélsőséges esetekben a teljes háttér-galaxisok (például) a gravitációs lencsék hatására hosszú, sovány, banánszerű alakúvá válhatnak.
A gravitációs lencse ötletét először a 2007 - ben javasolták Einstein általános relativitáselmélete. 1912 körül maga Einstein meghozta a matematikát annak fényében, hogy a fény hogyan tér el, ha áthalad a Nap gravitációs mezőjén. Ötletét ezt követően a csillagászok 1919 májusában a teljes napfogyatkozás során kipróbálták Arthur Eddington, Frank Dyson és egy megfigyelőcsoport Dél-Amerika és Ausztrália városaiban állomásozott Brazília. Megfigyeléseik bizonyították, hogy létezik gravitációs lencse. Noha a gravitációs lencse létezett a történelem során, elég biztonságos azt mondani, hogy először fedezték fel az 1900-as évek elején. Manapság számos jelenség és tárgy tanulmányozására szolgál a távoli világegyetemben. A csillagok és a bolygók gravitációs lencsehatásokat okozhatnak, bár ezeket nehéz felismerni. A galaxisok és galaxisfürtök gravitációs terei észrevehetőbb lencsehatásokat hozhatnak létre. És kiderült, hogy a sötét anyag (amelynek gravitációs hatása is) okozza a lencsét.
Most, hogy a csillagászok megfigyelhetik a lencséket az egész világegyetemben, az ilyen jelenségeket két típusra osztották: erős lencse és gyenge lencse. Az erős lencse meglehetősen könnyű megérteni - ha a kép az emberi szemmel látható (mondjuk, -tól Hubble űrtávcső), akkor erős. A gyenge lencséket viszont szabad szemmel nem lehet kimutatni. A csillagászoknak speciális technikákat kell alkalmazniuk a folyamat megfigyelésére és elemzésére.
A sötét anyag létezése miatt minden távoli galaxis apró érzékenységű lencse. A gyenge lencsét arra használják, hogy a sötét anyag mennyiségét egy adott irányban megfigyeljék az űrben. Hihetetlenül hasznos eszköz a csillagászok számára, segítve őket abban, hogy megértsék a sötét anyag eloszlását a kozmoszban. Az erős lencse lehetővé teszi számukra a távoli galaxisok látását, ahogyan a távoli múltban voltak, ami jó képet ad nekik, hogy milyen körülmények voltak milliárd évvel ezelőtt. Nagyon nagy távolságú tárgyak, például a legkorábbi galaxisok fényét is felvilágosítja, és gyakran ad csillagászoknak képet a galaxisok tevékenységéről fiatalkorukban.
A "mikrolencsés" elnevezésű másik típusú lencséket általában egy csillag okozza, amely egy másik elé halad vagy egy távolabbi tárgy ellen irányul. A tárgy alakja nem torzulhat, mivel erõsebb lencse esetén, de a fény intenzitása ingadozik. Ez azt mondja a csillagászoknak, hogy valószínűleg bekövetkezett a mikrolencse. Érdekes módon a bolygók részt vehetnek a mikrolencsékben is, amikor áthaladnak köztünk és a csillagok között.
A gravitációs lencse a fény minden hullámhosszán megjelenik, a rádiótól és az infravöröstől a látható és ultraibolya sugárzásig, ennek van értelme, mivel mind részét képezik az elektromágneses sugárzás spektrumának világegyetem.
Az első gravitációs lencsét (az 1919-es eclipse lencsék kísérlet kivételével) 1979-ben fedezték fel, amikor a csillagászok megnéztek valamit, amelyet "Twin QSO" -nak hívtak. A QSO rövidítése "kvázi-csillag objektum" vagy kvazár. Eredetileg ezek a csillagászok úgy gondolták, hogy ez az objektum kvazár ikrek lehet. Az arizonai Kitt Peak Nemzeti Megfigyelő Intézettel végzett alapos megfigyelés után a csillagászok rájöttek, hogy nem volt két azonos kvazár (távoli nagyon aktív galaxisok) egymás közelében az űrben. Ehelyett valójában egy távoli kvazár két képe volt, amelyeket akkor készítettek, amikor a kvazár fénye egy hatalmas gravitáció közelében haladt át a fény utazási útja mentén. Ezt a megfigyelést optikai fényben (látható fényben) végezték el, és később rádiós megfigyelésekkel megerősítették a Nagyon nagy tömb New Mexico-ban.
Azóta sok gravitációs lencsés tárgyat fedeztek fel. A legismertebbek az Einstein gyűrűk, amelyek lencsés tárgyak, amelyek fénye "gyűrűt" teremt a lencse tárgy körül. Abban a véletlen alkalomban, amikor a távoli forrás, a lencséktárgy és a távcsövek a Földön egybe állnak, a csillagászok láthatják a fénygyűrűt. Ezeket "Einstein gyűrűknek" nevezzük, természetesen annak a tudósnak a nevét, akinek a munkája előre jelezte a gravitációs lencse jelenségét.
Egy másik híres lencsés objektum a Q2237 + 030 nevű kvazár vagy az Einstein-kereszt. Amikor a Földtől mintegy 8 milliárd fényévnyi kvazár fénye áthaladt egy hosszúkás alakú galaxison, ez a furcsa alak jött létre. A kvazár négy képe jelenik meg (az ötödik kép a közepén nem látható a szabad szemmel), rombusz alakú vagy kereszt alakú alakzatot képezve. A lencse galaxis sokkal közelebb van a Földhez, mint a kvazár, körülbelül 400 millió fényév távolságban. Ezt a tárgyat a Hubble űrtávcső.
Egy kozmikus távolság skálán, Hubble űrtávcső rendszeresen rögzít más gravitációs lencsék képeit. Számos nézetében a távoli galaxisok ívekbe kerülnek. A csillagászok ezeket az alakzatokat használják a tömeg eloszlásának meghatározására a lencsét végző galaxiscsoportokban vagy a sötét anyag eloszlásának meghatározására. Noha ezek a galaxisok általában nagyon halványak ahhoz, hogy könnyen megfigyelhetők legyenek, a gravitációs lencsék láthatóvá teszik őket, és milliárd fényévben továbbítják az információkat, hogy a csillagászok tanulmányozzanak.
A csillagászok továbbra is vizsgálják a lencse hatásait, különösen fekete lyukak esetén. Intenzív gravitációs képességük is fényt sugároz, amint ezt a szimuláció mutatja, az ég HST képének bemutatásával.