معظم الناس على دراية بأدوات علم الفلك: التلسكوبات والأدوات المتخصصة وقواعد البيانات. يستخدم علماء الفلك هذه ، بالإضافة إلى بعض التقنيات الخاصة لمراقبة الأجسام البعيدة. واحدة من هذه التقنيات تسمى "عدسة الجاذبية".
تعتمد هذه الطريقة ببساطة على السلوك الغريب للضوء أثناء مروره بالقرب من الأجسام الضخمة. تضخم جاذبية تلك المناطق ، التي تحتوي عادة على المجرات العملاقة أو عناقيد المجرات ، الضوء من النجوم والمجرات الكوازارات البعيدة جدًا. تساعد الملاحظات التي تستخدم العدسة التثاقلية الفلكيين على استكشاف الأشياء الموجودة في أقدم عصور الكون. كما تكشف عن وجود كواكب حول النجوم البعيدة. بطريقة خارقة ، كشفوا أيضا عن توزيع المادة المظلمة التي تتخلل الكون.
المفهوم الكامن وراء عدسة الجاذبية بسيط: كل شيء في الكون له كتلة وهذه الكتلة لها قوة جاذبية. إذا كان الجسم ضخمًا بما فيه الكفاية ، فإن سحبه الثقالي القوي سوف ينحني للضوء أثناء مروره. إن مجال الجاذبية لكائن ضخم للغاية ، مثل كوكب أو نجم أو مجرة ، أو كتلة مجرة ، أو حتى ثقب أسود ، يسحب بقوة أكبر في الأجسام في الفضاء القريب. على سبيل المثال ، عندما تمر أشعة الضوء من جسم أبعد ، يتم القبض عليهم في مجال الجاذبية ، والانحناء ، وإعادة التركيز. عادة ما تكون "الصورة" المعاد تركيزها عبارة عن عرض مشوه للأجسام البعيدة. في بعض الحالات القصوى ، قد تنتهي مجرات الخلفية بالكامل (على سبيل المثال) إلى مشوهة إلى أشكال طويلة ونحيفة تشبه الموز من خلال عمل عدسة الجاذبية.
تم اقتراح فكرة العدسة الجاذبية لأول مرة في نظرية أينشتاين عن النسبية العامة. حوالي عام 1912 ، استمد آينشتاين نفسه الرياضيات لكيفية انحراف الضوء أثناء مروره عبر مجال الجاذبية للشمس. تم اختبار فكرته لاحقًا خلال كسوف كلي للشمس في مايو 1919 من قبل علماء الفلك آرثر إدينجتون وفرانك دايسون وفريق من المراقبين متمركزين في مدن عبر أمريكا الجنوبية و البرازيل. أثبتت ملاحظاتهم وجود عدسة الجاذبية. في حين أن العدسة التثاقلية كانت موجودة عبر التاريخ ، فمن الآمن أن نقول أنه تم اكتشافها لأول مرة في أوائل القرن العشرين. اليوم ، يتم استخدامه لدراسة العديد من الظواهر والأشياء في الكون البعيد. يمكن أن تتسبب النجوم والكواكب في تأثيرات عدسة الجاذبية ، على الرغم من صعوبة اكتشافها. يمكن أن تنتج مجالات الجاذبية للمجرات وعناقيد المجرات تأثيرات عدسة أكثر وضوحًا. وتبين الآن أن المادة المظلمة (التي لها تأثير جاذبية) تسبب أيضًا العدسات.
الآن بعد أن استطاع الفلكيون مراقبة العدسة عبر الكون ، قاموا بتقسيم هذه الظواهر إلى نوعين: قوي العدسة والعدسة الضعيفة. العدسة القوية سهلة الفهم إلى حد ما - إذا كان يمكن رؤيتها بالعين البشرية في الصورة (يقول من تلسكوب هابل الفضائي) ، فهي قوية. من ناحية أخرى ، لا يمكن الكشف عن العدسات الضعيفة بالعين المجردة. يجب على الفلكيين استخدام تقنيات خاصة لمراقبة العملية وتحليلها.
نظرًا لوجود مادة مظلمة ، فإن جميع المجرات البعيدة ضعيفة العدسة. يستخدم العدسة الضعيفة للكشف عن كمية المادة المظلمة في اتجاه معين في الفضاء. إنها أداة مفيدة للغاية لعلماء الفلك ، تساعدهم على فهم توزيع المادة المظلمة في الكون. يتيح لهم العدسة القوية أيضًا رؤية المجرات البعيدة كما كانت في الماضي البعيد ، مما يمنحهم فكرة جيدة عن الظروف التي كانت تشبه مليارات السنين. كما أنه يضخم الضوء من أجسام بعيدة جدًا ، مثل المجرات الأولى ، وغالبًا ما يعطي علماء الفلك فكرة عن نشاط المجرات في شبابهم.
عادة ما يحدث نوع آخر من العدسات يسمى "العدسة الميكروية" بسبب مرور نجم أمام آخر أو ضد جسم أبعد. قد لا يتم تشويه شكل الجسم ، كما هو الحال مع العدسات الأقوى ، ولكن شدة موجات الضوء. هذا يخبر علماء الفلك أن التكاثر الدقيق قد يكون متورطًا على الأرجح. ومن المثير للاهتمام ، أن الكواكب يمكن أن تشارك أيضًا في العدسة الدقيقة أثناء مرورها بيننا وبين نجومها.
تحدث العدسة الجاذبية لجميع أطوال موجات الضوء ، من الراديو والأشعة تحت الحمراء إلى المرئية والأشعة فوق البنفسجية ، وهذا أمر منطقي ، حيث أنهم جميعًا جزء من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يغسل كون.
تم اكتشاف أول عدسة جاذبية (بخلاف تجربة عدسة الكسوف لعام 1919) في عام 1979 عندما نظر علماء الفلك إلى شيء يسمى "التوأم QSO". QSO هو اختصار لـ "جسم شبه نجمي" أو الكوازار. في الأصل ، اعتقد هؤلاء الفلكيون أن هذا الكائن قد يكون زوجًا من توائم الكوازار. بعد ملاحظات دقيقة باستخدام مرصد كيت بيك الوطني في أريزونا ، تمكن الفلكيون من معرفة أنه لم يكن هناك نوعان من الكوازارات المتطابقة (بعيدة المجرات النشطة للغاية) بالقرب من بعضها في الفضاء. وبدلاً من ذلك ، كانت في الواقع صورتان لشبه كوازار أبعد تم إنتاجهما مع مرور ضوء الكوازار بالقرب من جاذبية هائلة جدًا على طول مسار الضوء. تمت هذه الملاحظة في ضوء بصري (ضوء مرئي) وتم تأكيدها لاحقًا باستخدام الملاحظات الراديوية باستخدام مصفوفة كبيرة جدًا في نيو مكسيكو.
منذ ذلك الوقت ، تم اكتشاف العديد من الأجسام العدسة الجاذبية. وأشهرها حلقات أينشتاين ، وهي أجسام ذات عدسات يكون ضوءها "حلقة" حول جسم العدسة. في مناسبة مناسبة عندما يصطف المصدر البعيد وجسم العدسة والتلسكوبات على الأرض ، يستطيع الفلكيون رؤية حلقة من الضوء. تسمى هذه "حلقات آينشتاين" ، المسماة بالطبع ، للعالم الذي تنبأ عمله بظاهرة العدسة التثاقلية.
كائن مشهور آخر هو الكوازار يسمى Q2237 + 030 ، أو صليب أينشتاين. عندما مر ضوء كوازار على بعد 8 مليارات سنة ضوئية من الأرض عبر مجرة مستطيلة الشكل ، خلق هذا الشكل الغريب. ظهرت أربع صور للكوازار (الصورة الخامسة في الوسط غير مرئية للعين المجردة) ، مما يخلق شكلًا ماسيًا أو يشبه الصليب. المجرة العدسة أقرب إلى الأرض من الكوازار ، على مسافة حوالي 400 مليون سنة ضوئية. تمت ملاحظة هذا الكائن عدة مرات بواسطة تلسكوب هابل الفضائي.
على مقياس المسافة الكونية ، تلسكوب هابل الفضائي يلتقط بانتظام صورًا أخرى لعدسة الجاذبية. في العديد من وجهات نظرها ، يتم تلطيخ المجرات البعيدة إلى أقواس. يستخدم الفلكيون هذه الأشكال لتحديد توزيع الكتلة في مجموعات المجرات التي تقوم بالعدسة أو لمعرفة توزيعها للمادة المظلمة. في حين أن هذه المجرات ضعيفة بشكل عام بحيث لا يمكن رؤيتها بسهولة ، فإن العدسة التثاقلية تجعلها مرئية ، وتنقل المعلومات عبر مليارات السنين الضوئية ليعلمها الفلكيون.
يواصل الفلكيون دراسة آثار العدسة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالثقوب السوداء. كما تعمل جاذبيتها الشديدة على عدسات الضوء ، كما هو موضح في هذه المحاكاة باستخدام صورة HST للسماء للتوضيح.