Većina ljudi poznaje alate astronomije: teleskope, specijalizirane instrumente i baze podataka. Astronomi ih koriste, uz posebne tehnike, za promatranje udaljenih objekata. Jedna od tih tehnika naziva se "gravitacijsko leće".
Ova se metoda jednostavno oslanja na neobično ponašanje svjetla dok prolazi u blizini masivnih predmeta. Gravitacija tih regija, koja obično sadrži džinovske galaksije ili galaksije, povećava svjetlost iz vrlo udaljenih zvijezda, galaksija i kvazara. Promatranja pomoću gravitacijskog leća pomažu astronomima u istraživanju objekata koji su postojali u najranijim epohama svemira. Oni također otkrivaju postojanje planeta oko udaljenih zvijezda. Na nenametljiv način, oni također otkrivaju distribuciju tamna materija koji prožima svemir.
Koncept iza gravitacijskog sočiva jednostavan je: sve u svemiru ima masu a ta masa ima gravitacijsko povlačenje. Ako je objekt dovoljno masivan, njegovo snažno gravitacijsko povlačenje će savijati svjetlost dok prolazi pored. Gravitacijsko polje vrlo masivnog objekta, poput planete, zvijezde ili galaksije, galaksije ili čak crne rupe, snažnije povlači predmete u obližnjem prostoru. Na primjer, kad svjetlosne zrake iz udaljenijeg predmeta prolaze pored njih, one se zahvaćaju u gravitacijskom polju, savijene i ponovno usredotočene. Preusmjerena "slika" obično je iskrivljen prikaz udaljenijih objekata. U nekim ekstremnim slučajevima, cijele pozadinske galaksije (na primjer) mogu se iskriviti u duge, mršave oblike nalik na banane djelovanjem gravitacijske leće.
Ideja gravitacijskog leća prvi je put predložena u Einsteinova teorija opće relativnosti. Oko 1912. godine sam je Einstein izvukao matematiku o tome kako se svjetlost odbija i prolazi kroz Sunčevo gravitacijsko polje. Njegovu su ideju astronomi testirali tijekom potpunog pomračenja Sunca u svibnju 1919. godine Arthur Eddington, Frank Dyson i tim promatrača stacioniranih u gradovima širom Južne Amerike i Brazil. Njihova zapažanja dokazala su da postoji gravitacijsko leće. Iako je tijekom povijesti postojalo gravitacijsko sočivanje, prilično je sigurno reći da je prvi put otkriven u ranim 1900-ima. Danas se koristi za proučavanje mnogih pojava i predmeta u dalekom svemiru. Zvijezde i planeti mogu izazvati gravitacijske efekte leće, iako ih je teško prepoznati. Gravitacijska polja galaksija i galaksija klastera mogu proizvesti uočljivije efekte leće. I sada se ispostavilo da tamna tvar (koja ima gravitacijski učinak) također uzrokuje leći.
Sada kada astronomi mogu promatrati leće po svemiru, podijelili su takve pojave u dvije vrste: jak leće i slabo leće. Jaka leća prilično je laka za razumjeti - ako se to može vidjeti ljudskim okom na slici (recimo, od Hubble svemirski teleskop), onda je jak. S druge strane, slaba leća se ne može prepoznati golim okom. Astronomi moraju primijeniti posebne tehnike za promatranje i analizu procesa.
Zbog postojanja tamne materije, sve udaljene galaksije su maleno slabe. Slabo leće se koristi za otkrivanje količine tamne tvari u određenom smjeru u prostoru. To je nevjerojatno koristan alat za astronome, pomaže im razumjeti raspodjelu tamne materije u kozmosu. Jaka leća također im omogućuje da vide daleke galaksije kakve su bile u dalekoj prošlosti, što im daje dobru predodžbu o tome kakvi su bili uvjeti prije milijarda godina. Ujedno povećava svjetlost iz vrlo udaljenih objekata, poput najranijih galaksija, i često daje astronomima ideju o aktivnosti galaksija u mladosti.
Druga vrsta leća koja se naziva "mikroosvježivanje" obično uzrokuje zvijezda koja prolazi ispred druge ili protiv udaljenijeg objekta. Oblik predmeta možda neće biti iskrivljen, kao što je to s jačim lećama, ali intenzitet svjetlosti varira. To astronomima govori da je mikrolečenje vjerojatno bilo uključeno. Zanimljivo je da se planeti mogu uključiti i u mikroleniranje dok prolaze između nas i njihovih zvijezda.
Gravitacijsko leće javlja se na svim valnim duljinama svjetlosti, od radio i infracrvenog do vidljivog i ultraljubičastog, što ima smisla, jer su svi dio spektra elektromagnetskog zračenja kojim se kupaju svemir.
Prva gravitacijska leća (osim pokusa leća protiv pomračenja iz 1919.) otkrivena je 1979. godine astronomi su pogledali nešto što je nazvano "Twin QSO" .QSO je skraćenica za "kvazi zvjezdani objekt" ili kvazar. Izvorno su ovi astronomi mislili da bi ovaj objekt mogao biti par kvazarnih blizanaca. Nakon pažljivih promatranja pomoću Nacionalnog opservatorija Kitt Peak u Arizoni, astronomi su uspjeli shvatiti da ne postoje dva identična kvazara (udaljeni vrlo aktivne galaksije) blizu jedni druge u svemiru. Umjesto toga, to su zapravo bile dvije slike udaljenijeg kvazara koje su nastale dok je kvazarina svjetlost prolazila kraj vrlo masivne gravitacije duž putanje svjetlosti. To je promatranje obavljeno u optičkoj svjetlosti (vidljiva svjetlost), a kasnije je potvrđeno radio-promatranjima pomoću uređaja Vrlo velik niz u Novom Meksiku.
Od tog vremena otkriveni su mnogi objekti koji gravitacijski legiraju. Najpoznatiji su Einsteinovi prstenovi, to su objekti posuđeni čija svjetlost čini „prsten“ oko objekta leće. Prilikom prilika kada se udaljeni izvor, leća i teleskopi na Zemlji svi porede, astronomi mogu vidjeti prsten svjetlosti. To se naziva "Einsteinovi prstenovi", nazvani, naravno, za znanstvenika čiji je rad predvidio fenomen gravitacijskog leća.
Drugi poznati lentirani objekt je kvazar zvan Q2237 + 030, ili Einsteinov križ. Kada je svjetlost kvazara, nekih 8 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje, prošlo kroz galaktiku duguljastog oblika, stvorilo je ovaj čudan oblik. Pojavile su se četiri slike kvazara (peta slika u sredini nije vidljiva nemoćnim očima), stvarajući oblik dijamanta ili križa. Galaksija leće je mnogo bliža Zemlji nego kvazar, na udaljenosti od oko 400 milijuna svjetlosnih godina. Ovaj je objekt nekoliko puta uočen od strane Hubble svemirski teleskop.
Na ljestvici kozmičke udaljenosti, Hubble svemirski teleskop redovito snima druge slike gravitacijskog leća. U mnogim su pogledima daleke galaksije uprte u lukove. Astronomi koriste te oblike da odrede raspodjelu mase u klasterima galaksija koji rade leće ili da utvrde njihovu raspodjelu tamne materije. Iako su te galaksije obično previše slabe da bi se mogle lako vidjeti, gravitacijsko leće čine ih vidljivim, prenoseći informacije kroz milijarde svjetlosnih godina da ih astronomi proučavaju.
Astronomi nastavljaju proučavati učinke leća, osobito kada su u pitanju crne rupe. Njihova intenzivna gravitacija također leći svjetlost, kao što je prikazano u ovoj simulaciji pomoću HST slike neba za demonstriranje.