Повечето хора са запознати с инструментите на астрономията: телескопи, специализирани инструменти и бази данни. Астрономите използват тези плюс някои специални техники за наблюдение на далечни обекти. Една от тези техники се нарича "гравитационно лещиране".
Този метод разчита просто на особеното поведение на светлината, когато минава близо до масивни предмети. Гравитацията на тези региони, обикновено съдържащи гигантски галактики или галактически клъстери, увеличава светлината от много далечни звезди, галактики и квазари. Наблюденията с помощта на гравитационните лещи помагат на астрономите да изследват обекти, съществували в най-ранните епохи на Вселената. Те разкриват и съществуването на планети около далечни звезди. По необичаен начин те разкриват и разпространението на тъмна материя което прониква във Вселената.
Концепцията зад гравитационните лещи е проста: всичко във Вселената има маса и тази маса има гравитационно дърпане. Ако даден обект е достатъчно масивен, силното му гравитационно дърпане ще огъва светлината, докато минава покрай него. Гравитационно поле на много масивен обект, като планета, звезда или галактика, или галактически клъстер или дори черна дупка, се дърпа по-силно към обекти в близкото пространство. Например, когато светлинните лъчи от по-далечен обект преминават покрай тях, те се хващат в гравитационното поле, огъват се и се пренасочват. Префокусираното „изображение“ обикновено е изкривен изглед на по-отдалечените обекти. В някои крайни случаи цели фонови галактики (например) могат да се изкривят в дълги, кльощави бананови форми чрез действието на гравитационната леща.
Идеята за гравитационните лещи беше предложена за първи път във Теорията на общата относителност на Айнщайн. Около 1912 г. самият Айнщайн извлече математиката за това как светлината се отклонява, когато тя преминава през гравитационното поле на Слънцето. Впоследствие идеята му е тествана по време на пълно затъмнение на Слънцето през май 1919 г. от астрономите Артър Едингтън, Франк Дайсън и екип от наблюдатели, разположени в градове в Южна Америка и Бразилия. Техните наблюдения доказаха, че съществува гравитационно лещиране. Макар гравитационните лещи да съществуват през цялата история, е доста безопасно да се каже, че за първи път е открит в началото на 1900-те години. Днес той се използва за изучаване на много явления и предмети в далечната Вселена. Звездите и планетите могат да причинят гравитационни лещи, въпреки че трудно се откриват. Гравитационните полета на галактики и галактически клъстери могат да произведат по-забележими лещинни ефекти. И сега се оказва, че тъмната материя (която има гравитационен ефект) също предизвиква лещи.
Сега, когато астрономите могат да наблюдават обективи в цялата Вселена, те са разделили такива явления на два вида: силен лещи и слаби лещи. Силното обективиране е сравнително лесно за разбиране - ако може да се види с човешкото око на изображение (да речем, от Космически телескоп Хъбъл), тогава е силен. Слабата леща, от друга страна, не се открива с просто око. Астрономите трябва да използват специални техники, за да наблюдават и анализират процеса.
Поради съществуването на тъмна материя, всички отдалечени галактики са малко слаби. Слабите лещи се използват за откриване на количеството тъмна материя в дадена посока в пространството. Това е невероятно полезно средство за астрономите, което им помага да разберат разпределението на тъмната материя в Космоса. Силното обективиране също им позволява да виждат далечни галактики, каквито са били в далечното минало, което им дава добра представа какви са били условията преди милиарди години. Той също така увеличава светлината от много далечни обекти, като най-ранните галактики, и често дава на астрономите представа за дейността на галактиките още в младостта им.
Друг вид обективи, наречен "микролентиране", обикновено се причинява от звезда, минаваща пред друга, или срещу по-отдалечен обект. Формата на обекта може да не се изкриви, както е при по-силно обективиране, но интензитетът на светлината се колебае. Това казва на астрономите, че вероятно е имало микролензинг. Интересното е, че планетите могат да участват и в микролензирането, докато преминават между нас и техните звезди.
Гравитационните лещи се появяват на всички дължини на вълната на светлината, от радио и инфрачервено до видимо и ултравиолетово, което има смисъл, тъй като всички те са част от спектъра на електромагнитното излъчване, което къпе вселена.
Първата гравитационна леща (различна от експеримента с лещи за затъмнение през 1919 г.) е открита през 1979 г., когато астрономите погледнаха към нещо, наречено "Twin QSO" .QSO е стенограма за "квазизвезден обект" или квазар. Първоначално тези астрономи смятаха, че този обект може да е двойка квазарни близнаци. След внимателни наблюдения, използвайки Националната обсерватория Кит Пик в Аризона, астрономите успяха да разберат, че няма два еднакви квазара (далечни много активни галактики) близо един до друг в пространството. Вместо това те всъщност бяха две образи на по-далечен квазар, които бяха произведени, докато квазаровата светлина минаваше в близост до много масивна гравитация по пътя на светлината. Това наблюдение е направено в оптична светлина (видима светлина) и по-късно е потвърдено с радио наблюдения с помощта на Много голям масив в Ню Мексико.
От това време са открити много гравитационно наети обекти. Най-известните са пръстените на Айнщайн, които са обекти с лещи, чиято светлина прави „пръстен“ около обектива на обектива. По случайността, когато далечният източник, обективът и телескопите на Земята всички се подредят, астрономите могат да видят светлинен пръстен. Те се наричат "пръстени на Айнщайн", наречени, разбира се, за учения, чиято работа предсказа феномена на гравитационното лещиране.
Друг известен обект с лизинг е квазар, наречен Q2237 + 030, или Айнщайнският кръст. Когато светлината на квазар на около 8 милиарда светлинни години от Земята премина през продълговата форма на галактика, тя създаде тази странна форма. Появиха се четири образа на квазара (пето изображение в центъра не се вижда с неподправено око), което създава диамантена или кръстовидна форма. Обективната галактика е много по-близо до Земята от квазара, на разстояние около 400 милиона светлинни години. Този обект е наблюдаван няколко пъти от Космически телескоп Хъбъл.
По скала на космическо разстояние, Космически телескоп Хъбъл редовно заснема други изображения на гравитационните лещи. В много от неговите гледки далечните галактики са размазани в дъги. Астрономите използват тези форми, за да определят разпределението на масата в галактическите клъстери, извършващи лещи, или да установят разпределението на тъмната си материя. Докато тези галактики обикновено са твърде слаби, за да бъдат лесно видими, гравитационните лещи ги правят видими, предавайки информация през милиарди светлинни години, за да ги изучават астрономите.
Астрономите продължават да изучават ефектите на лещите, особено когато участват черни дупки. Тяхната интензивна гравитация също лещи светлина, както е показано в тази симулация, използвайки HST изображение на небето, за да демонстрира.