Гравитационная линза – массивное тело, искривляющее своим гравитационным полем направление распространения проходящего мимо него излучения. Этот эффект тяготения называют «линзой» по той причине, что параллельный пучок, пройдя мимо массивного тела, концентрируется позади него, также как ведет себя световой луч, проходя сквозь стеклянную линзу. Роль гравитационной линзы может играть любое массивное тело, например, крупная планета, звезда, галактика или скопление галактик. Гравитационная линза одинаково влияет на все виды электромагнитного излучения и потоки релятивистских частиц.
Существование эффекта гравитационной линзы было предсказано А.Эйнштейном, который в 1915 г. в рамках ОТО впервые вычислил угол отклонения луча света в гравитационном поле. Во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г. английские астрономы измерили отклонение света звезд, проходящего вблизи поверхности Солнца: смещение изображений звезд составило 1.75" в полном согласии с расчетами Эйнштейна.
На рисунках:
a) Распространение лучей (черные линии) в поле сферически симметричной гравитационной линзы D, не лежащей строго на прямой между источником света S и наблюдателем O. Цветные пунктирные линии указывают направления, в которых наблюдатель видит изображения источника (J1 и J2), созданные этими лучами.
b) Эффект гравитационной линзы, наблюдаемый в картинной плоскости, перпендикулярной направлению на источник. Пунктиром показан размер (Q0) кольца Эйнштейна. Если бы источник S лежал точно за линзой D, то его дугообразные изображения J1 и J2 совпали бы с пунктирной линией, вытянулись и слились в идеальное кольцо. А если бы линза была прозрачной, то в центре кольца было бы видно и неискаженное изображение источника.
Английский физик О.Лодж в 1919 г. использовал термин "линза", имея в виду отклонение гравитацией электромагнитного луча. В 1924 г. журнал Astronomische Nachrichten опубликовал заметку физика О.Хвольсона, о том, что луч света далекой звезды может быть отклонен гравитацией другой звезды, в результате чего возникнет второе изображение далекой звезды; в случае, если наблюдатель и обе звезды располагаются на одной прямой, изображение будет иметь форму кольца. В 1936 году журнал "Science" опубликовал статью Эйнштейна, в которой он по просьбе чешского инженера Р.Мандла рассмотрел действие одной звезды на другую и также указал на возможность кольцеобразного изображения. Но ни Хвольсон, ни Эйнштейн не предполагали возможности обнаружения эффекта гравитационной линзы в случае обычных звезд.
Однако в 1937 г. американский астроном Фриц Цвикки предположил, что эффект гравитационной фокусировки света можно наблюдать в случае скопления тел, т.е. в линзой может являться галактика.
В 1979 английский астроном Д.Волш впервые обнаружил двойной квазар (QSO 0957+16 A,B) с угловым расстоянием между компонентами A и B около 6І. Красное смещение линий в спектрах обоих компонентов оказалось одинаковым. Выяснилось, что оба квазара изменяют свой блеск синхронно. И тогда астрономы поняли, что это два изображения одного квазара, обогнувшие с разных сторон некое массивное тело. Вскоре нашли и саму линзу – далекую галактику, лежащую между Землей и квазаром. Так впервые был обнаружен эффект гравитационного линзирования. Цвикки оказался прав.
К концу ХХ в. обнаружено несколько десятков гравитационных линз. Некоторые изображения действительно имеют форму ровного или разорванного кольца, которое называют "кольцом Эйнштейна" или "кольцом Хвольсона-Эйнштейна". Позже был обнаружен эффект гравитационной линзы и в пределах нашей Галактики: однократная спонтанная переменность блеска некоторых звезд указывает на то, что между ними и Землей проходят массивные и довольно темные тела, природа которых пока не ясна (черные дыры?).
Для астрономов изучение эффекта гравилинзирования суперважно, так как оно позволяет выявить вещество в любой его форме – как видимой, так и невидимой. В крупных скоплениях галактик присутствует некая масса неизвестной природы. Исследуя изображения квазаров, возникшие в результате эффекта гравитационного линзирования, можно восстановить распределение темного вещества между галактиками.
Кроме того, измерив изменения блеска, присущие квазарам, можно определять постоянную Хаббла, скорость расширения Вселенной. Для этого измеряют запаздывание во времени, с которым разные снимки одного и того же квазара имеют разницу в блеске. Это дает разницу длины световых путей у разных изображений. А относительную разницу дает расчет геометрии лучей по взаимному положению изображений. Вместе это позволяет вычислить истинное расстояние как до линзы, так и до квазара и, следовательно, определить постоянную Хаббла (поскольку скорости объектов легко измеряются по красному смещению линий в их спектрах).
Вполне возможно, что эффект гравитационной линзы поможет не только выявить невидимое вещество в галактиках, но и понять его природу. Это очень важная задача, поскольку астрономы до сих пор не знают, из чего состоит невидимая корона Галактики, содержащая большую часть ее массы - из мельчайших субъядерных частиц (например, нейтрино), гигантских черных дыр или чего-то до сих пор неизвестного.
В 1990-е годы началось сразу несколько экспериментов по поиску носителей невидимой массы с использованием эффекта гравитационного микролинзирования. В каждом из них непрерывно измерялась яркость нескольких тысяч звезд в надежде, что проходящий между Землей и наблюдаемой звездой невидимый объект своим гравитационным полем исказит ее изображение и изменит его яркость. В экспериментах было зафиксировано множество подозрительных случаев, но с выводами астрономы не спешат: нужно накопить большой материал, чтобы данные о невидимых объектах стали надежными. | 
