De fleste er kjent med verktøyene i astronomi: teleskoper, spesialiserte instrumenter og databaser. Astronomer bruker disse, pluss noen spesielle teknikker for å observere fjerne objekter. En av disse teknikkene kalles "gravitasjonslinsing."
Denne metoden er avhengig av lysets særegne oppførsel når den passerer i nærheten av massive gjenstander. Tyngdekraften i disse områdene, som vanligvis inneholder gigantiske galakser eller galakse-klynger, forsterker lys fra veldig fjerne stjerner, galakser og kvasarer. Observasjoner ved hjelp av gravitasjonslinsing hjelper astronomer med å utforske objekter som eksisterte i de aller tidligste epokene av universet. De avslører også eksistensen av planeter rundt fjerne stjerner. På en uhyggelig måte avslører de også fordelingen av mørk materie som gjennomsyrer universet.
Konseptet bak gravitasjonslinsing er enkelt: alt i universet har masse og den massen har et gravitasjonstrekk. Hvis en gjenstand er massiv nok, vil dens sterke gravitasjonstrekk bøye lyset når den går forbi. Et gravitasjonsfelt av en veldig massiv gjenstand, for eksempel en planet, stjerne eller galakse, eller galakse klynge, eller til og med et svart hull, trekker sterkere mot gjenstander i nærområdet. Når for eksempel lysstråler fra et fjernere objekt går forbi, blir de fanget opp i tyngdefeltet, bøyd og fokusert på nytt. Det refokuserte "bildet" er vanligvis et forvrengt syn på de fjernere objektene. I noen ekstreme tilfeller kan hele bakgrunnsgalakser (for eksempel) ende opp med å bli forvrengt til lange, mager, bananlignende former via virkningen av gravitasjonslinsen.
Ideen om gravitasjonslinser ble først antydet i Einsteins teori om generell relativitet. Rundt 1912 avledet Einstein selv regnestykket for hvordan lys avbøyes når det passerer gjennom solens gravitasjonsfelt. Ideen hans ble deretter testet under en total solformørkelse i mai 1919 av astronomer Arthur Eddington, Frank Dyson og et team av observatører stasjonert i byer over hele Sør-Amerika og Brasil. Observasjonene deres beviste at gravitasjonslinsering fantes. Mens gravitasjonslinser har eksistert gjennom historien, er det ganske trygt å si at den ble oppdaget først på begynnelsen av 1900-tallet. I dag brukes den til å studere mange fenomener og objekter i det fjerne universet. Stjerner og planeter kan forårsake linsevirkninger på gravitasjon, selv om de er vanskelige å oppdage. Gravitasjonsfeltene til galakser og galakse klynger kan gi mer merkbare linsevirkninger. Og det viser seg nå at mørk materie (som har en gravitasjonseffekt) også forårsaker linsing.
Nå som astronomer kan observere linser over hele universet, har de delt slike fenomener i to typer: sterk linser og svak linse. Sterk linse er ganske lett å forstå - hvis det kan sees med det menneskelige øyet i et bilde (si fra Hubble romteleskop), da er det sterkt. Svak linse er derimot ikke detekterbar med det blotte øye. Astronomer må bruke spesielle teknikker for å observere og analysere prosessen.
På grunn av eksistensen av mørk materie, er alle fjerne galakser en bitteliten svak-linset. Svak linse brukes til å oppdage mengden mørkt stoff i en gitt retning i rommet. Det er et utrolig nyttig verktøy for astronomer, og hjelper dem å forstå fordelingen av mørk materie i kosmos. Sterk linsing lar dem også se fjerne galakser som de var i den fjerne fortiden, noe som gir dem en god ide om hvordan forholdene var for milliarder av år siden. Det forsterker også lyset fra veldig fjerne gjenstander, for eksempel de tidligste galaksene, og gir ofte astronomer en ide om galaksenes aktivitet tilbake i ungdommen.
En annen type linsing kalt "mikrolensing" er vanligvis forårsaket av en stjerne som passerer foran en annen, eller mot et fjernere objekt. Formen på objektet kan ikke forvrenges, som det er med sterkere linser, men lysets intensitet bølger. Det forteller astronomer at mikrolensering sannsynligvis var involvert. Interessant kan planeter også være involvert i mikrolensering når de passerer mellom oss og stjernene deres.
Gravitasjonslinsing forekommer til alle bølgelengder av lys, fra radio og infrarød til synlig og ultrafiolett, noe som er fornuftig, siden de alle er en del av spekteret av elektromagnetisk stråling som bader univers.
Den første gravitasjonslinsen (annet enn forsøkslinseformet 1919) ble oppdaget i 1979 da astronomer så på noe som ble kalt "Twin QSO" .QSO er kortfattet for "kvasi-stellar objekt" eller kvasar. Opprinnelig trodde disse astronomene at dette objektet kan være et par kvasar-tvillinger. Etter nøye observasjoner ved bruk av Kitt Peak National Observatory i Arizona, kunne astronomer finne ut at det ikke var to identiske kvasarer (fjerntliggende) veldig aktive galakser) i nærheten av hverandre i verdensrommet. I stedet var de faktisk to bilder av en fjernere kvasar som ble produsert da kvasarets lys passerte nær en veldig massiv tyngdekraft langs lysets ferdselsvei. Denne observasjonen ble gjort i optisk lys (synlig lys) og ble senere bekreftet med radioobservasjoner ved bruk av Very Large Array i New Mexico.
Siden den tid har mange gravitasjonslystne linser blitt oppdaget. De mest berømte er Einstein-ringer, som er linsede objekter hvis lys gjør en "ring" rundt objektivet. I den tilfeldige anledningen når den fjerne kilden, linsegjenstanden og teleskoper på jorden alle stiller opp, kan astronomer se en lysring. Disse kalles "Einstein-ringer", selvfølgelig kalt for forskeren hvis arbeid spådde fenomenet gravitasjonslinsing.
Et annet kjent objektiv med linser er en kvasar som heter Q2237 + 030, eller Einstein Cross. Da lyset fra en kvasar omtrent 8 milliarder lysår fra Jorden gikk gjennom en avlang formet galakse, skapte det denne rare formen. Fire bilder av kvasaren dukket opp (et femte bilde i midten er ikke synlig for det uhjulpet øye), noe som skapte en diamant eller en krysslignende form. Linsegalaksen er mye nærmere Jorden enn kvasaren, i en avstand på omtrent 400 millioner lysår. Dette objektet har blitt observert flere ganger av Hubble romteleskop.
På en kosmisk avstandsskala, Hubble romteleskop tar regelmessig andre bilder av gravitasjonslinsing. I mange av utsiktene blir fjerne galakser smurt inn i buer. Astronomer bruker disse formene for å bestemme fordelingen av massen i galakse-klyngene som gjør linsen eller for å finne ut av deres fordeling av mørk materie. Mens galaksene generelt er for svake til at de lett kan sees, gjør gravitasjonslinser dem synlige, og overfører informasjon over milliarder lysår for astronomer å studere.
Astronomer fortsetter å studere effekten av linsing, spesielt når det er sorte hull. Deres intense tyngdekraft linser også lys, som vist i denne simuleringen ved å bruke et HST-bilde av himmelen for å demonstrere.