רוב האנשים מכירים את כלי האסטרונומיה: טלסקופים, מכשירים מיוחדים ומאגרי מידע. אסטרונומים משתמשים בכאלו, בתוספת כמה טכניקות מיוחדות בכדי לצפות בחפצים מרוחקים. אחת הטכניקות הללו מכונה "עדשת כבידה".
שיטה זו מסתמכת בפשטות על התנהגותו המוזרה של האור כאשר היא עוברת ליד עצמים מאסיביים. כוח המשיכה של אותם אזורים, המכילים בדרך כלל גלקסיות ענק או אשכולות גלקסיות, מעצים אור מכוכבים, גלקסיות וקוואזרים רחוקים מאוד. תצפיות המשתמשות בעדשות כבידה עוזרות לאסטרונומים לחקור עצמים שהיו בתקופות הקדומות ביותר של היקום. הם חושפים גם את קיומם של כוכבי לכת סביב כוכבים רחוקים. באופן לא מסורבל הם חושפים גם את התפוצה של חומר אפל זה מחלחל ליקום.
הרעיון העומד מאחורי עדשת הכבידה הוא פשוט: לכל דבר ביקום יש מסה והמסה הזו משיכה משיכה. אם חפץ מסיבי מספיק, משיכת הכבידה החזקה שלו תכופף אור כשעובר לידו. שדה כבידה של עצם מסיבי מאוד, כמו כוכב לכת, כוכב או גלקסיה, או אשכול גלקסיות, או אפילו חור שחור, מושך חזק יותר לעצמים בחלל הסמוך. לדוגמא, כאשר קרני אור מחפץ מרוחק יותר חולפות על פנין, הן נקלעות לשדה הכבידה, כפופות וממוקדות מחדש. "הדימוי" הממוקד מחדש הוא בדרך כלל מבט מעוות של העצמים הרחוקים יותר. במקרים קיצוניים מסוימים, גלקסיות רקע שלמות (למשל) עשויות בסופו של דבר להיות מעוותות לצורות ארוכות, רזות ובננות, דרך פעולת עדשת הכבידה.
הרעיון של עדשת כבידה הוצע לראשונה בשנת תורת היחסות הכללית של אינשטיין. בסביבות שנת 1912, איינשטיין עצמו גזר את המתמטיקה לאופן בו מוסח האור כאשר הוא עובר בשדה הכבידה של השמש. הרעיון שלו נבחן לאחר מכן במהלך ליקוי חמה מוחלט של השמש במאי 1919 על ידי אסטרונומים ארתור אדינגטון, פרנק דייסון וצוות משקיפים שהוצבו בערים ברחבי אמריקה הדרומית ו ברזיל. התצפיות שלהם הוכיחו שקיימת עדשת כבידה. אמנם עדשות כבידה היו קיימות לאורך ההיסטוריה, אך די בטוח לומר שהתגלה לראשונה בראשית המאה העשרים. כיום הוא משמש לחקר תופעות וחפצים רבים ביקום הרחוק. כוכבים וכוכבי לכת יכולים לגרום להשפעות עדשות כבידה, אם כי אלה קשים לאיתור. שדות הכבידה של גלקסיות ואשכולות גלקסיות יכולים לייצר השפעות עדשה בולטות יותר. וכעת מתברר שחומר אפל (שיש לו השפעה כבידתית) גורם גם להעדשה.
כעת, כאשר אסטרונומים יכולים לראות עדשות ברחבי היקום, הם חילקו תופעות כאלה לשני סוגים: חזק עדשות והעדשות חלשות. עדשות חזקות קלות למדי להבנה - אם ניתן לראות אותה בעין האנושית בתמונה (נגיד, מ טלסקופ החלל האבל), אז זה חזק. לעומת זאת, עדשות חלשות לא ניתנות לזיהוי בעין בלתי מזוינת. אסטרונומים צריכים להשתמש בטכניקות מיוחדות בכדי להתבונן ולנתח את התהליך.
בשל קיומו של חומר אפל, כל הגלקסיות המרוחקות הן מעט עדשות חלשות. עדשות חלשות משמשות לאיתור כמות החומר האפל בכיוון נתון בחלל. זה כלי שימושי להפליא עבור אסטרונומים, ועוזר להם להבין את התפלגות החומר האפל בקוסמוס. עדשות חזקות מאפשרות להם גם לראות גלקסיות רחוקות כמו שהיו בעבר הרחוק, מה שנותן להם מושג טוב מה היו התנאים לפני מיליארדי שנים. זה גם מגדיל את האור מחפצים רחוקים מאוד, כמו הגלקסיות הקדומות ביותר, ולעתים קרובות נותן לאסטרונומים מושג על פעילות הגלקסיות עוד בצעירותם.
עדשה מסוג אחר המכונה "מיקרולנסינג" נגרמת לרוב על ידי כוכב שעובר מול אחד אחר, או כנגד חפץ מרוחק יותר. צורת האובייקט עשויה שלא להיות מעוותת, כמו עם עדשות חזקות יותר, אך עוצמת האור מתנופפת. זה אומר לאסטרונומים כי ככל הנראה היה מעורב במיקרוגל. מעניין לציין כי כוכבי לכת יכולים להיות מעורבים במיקרונזיה כשהם עוברים בינינו לבין הכוכבים שלהם.
עדשת הכבידה מתרחשת לכל אורכי הגל של האור, מרדיו ואינפרא אדום לעין ואולטרה סגול, וזה הגיוני, מכיוון שכולם חלק מספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית הרוחצת את זה יקום.
עדשת הכבידה הראשונה (מלבד ניסוי עדשת הליקוי ב -1919) התגלתה בשנת 1979 אסטרונומים התבוננו במשהו שכונה "QSO התאום". QSO הוא תיעוד של "אובייקט מעין כוכבי" או קוואזר. במקור, אסטרונומים אלה חשבו שאובייקט זה עשוי להיות זוג תאומים קוואזרים. לאחר תצפיות מדוקדקות שהשתמשו במצפה הכוכב הלאומי קיט באריזונה, האסטרונומים הצליחו להבין כי לא היו שני קוואזרים זהים (רחוקים גלקסיות מאוד פעילות) קרוב אחד לשני בחלל. במקום זאת, היו אלה למעשה שתי תמונות של קוואזאר מרוחק יותר שהופק ככל שאור הקוואר עבר ליד כוח משיכה מאסיבי מאוד לאורך מסלול הנסיעה של האור. תצפית זו נעשתה באור אופטי (אור גלוי) ואושרה מאוחר יותר בתצפיות רדיו באמצעות ה- מערך גדול מאוד בניו מקסיקו.
מאז אותו זמן התגלו חפצים רבים בעלי עדשות כבידה. המפורסמים ביותר הם טבעות אינשטיין, שהן עצמים בעלי עדשות שאורם הופך "טבעת" סביב עצם העדשה. בהזדמנות המקרית כאשר המקור המרוחק, עצם העדשות והטלסקופים בכדור הארץ מסודרים כולם בשורה, האסטרונומים מסוגלים לראות טבעת אור. אלה נקראים "טבעות אינשטיין", הנקראות כמובן עבור המדען שעבודתו ניבאה את תופעת עדשת הכבידה.
עצם מפורסם בעדשות עדשות הוא קוואזר הנקרא Q2237 + 030, או צלב איינשטיין. כשאור של קוואזאר שנמצא כשמונה מיליארד שנות אור מכדור הארץ עבר דרך גלקסיה בצורת מלבן, הוא יצר צורה מוזרה זו. ארבע תמונות של הקוואזר הופיעו (תמונה חמישית במרכז אינה נראית לעין הבלתי עוזרת) ויוצרת יהלום או צורה דמויי צלב. גלקסיית העדשות קרובה לכדור הארץ בהרבה מהקוואזאר, במרחק של כ -400 מיליון שנות אור. אובייקט זה נצפה מספר פעמים על ידי ה- טלסקופ החלל האבל.
בסולם מרחק קוסמי, טלסקופ החלל האבל מצלם באופן קבוע תמונות אחרות של עדשות כבידה. ברבים מתצפיותיו, גלקסיות רחוקות נמרחות לקשתות. אסטרונומים משתמשים בצורות אלה כדי לקבוע את התפלגות המסה בצבירות הגלקסיות העושות את העדשות או כדי להבין את התפלגות החומר האפל. בעוד הגלקסיות הללו בדרך כלל קלושות מכדי להיראות בקלות, עדשות הכבידה הופכות אותן לגלויות ומעבירות מידע על מיליארדי שנות אור עבור אסטרונומים ללמוד.
אסטרונומים ממשיכים לחקור את השפעות העדשות, במיוחד כאשר מדובר בחורים שחורים. כוח המשיכה האינטנסיבי שלהם גם עדשות אור, כפי שמוצג בסימולציה זו באמצעות תמונת HST של השמיים כדי להפגין.