Гравитационные линзы существуют даже в мире ньютоновской механики: фотон — частица, движущаяся в поле тяготения тела массы М со скоростью света, отклоняется на угол 9 = 2MG/rc2, где G — гравитационная постоянная, r — прицельное расстояние. В общей теории относительности (если ограничиваться малыми углами) угол отклонения ровно в два раза больше. Эту удвоенную величину отклонения света звезд у диска Солнца обнаружил Артур Эддингтон в 1919 г., во время полного затмения Солнца. Фриц Цвики в 1937 г. предсказал, что галактики могут давать вполне наблюдаемый эффект гравитационного линзирования, и в 1979 г. таковое было обнаружено: нашли «двойной» квазар, оказавшийся раздвоенным изображением одного квазара. Но во всей красе мы увидели гравитационные линзы лишь с запуском «Хаббла».
Классический случай линзирования, «кольцо Эйнштейна», возникает, когда объект находится точно на луче зрения позади галактики-линзы. Тогда изображение объекта (галактики на заднем плане) растягивается в кольцо. Примеры таких более-менее правильных колец даны на первых четырех снимках. Линза существенно увеличивает яркость изображения (иногда в десятки раз).
Наконец, самую впечатляющую картину линзирования дают массивные скопления галактик. На снимках — скопление галактик Abell 1698. Дуги и овалы -это далекие галактики, линзированные гравитационным полем скопления. Основной вклад в гравитационное поле дает темная материя, которая более равномерно распределена по скоплению, чем светящиеся звезды. Оказывается, по изображениям далеких галактик — дугам и эллипсам можно хорошо восстанавливать распределение темной материи в скоплении, лучше, чем по лучевым скоростям галактик. Скопление расположено на расстоянии 2,2 миллиарда световых лет, линзированные галактики — гораздо дальше. Увеличительный и усиливающий эффект позволяет разглядеть в этих искаженных изображениях шаровые скопления и полосы пыли, что иначе с таких расстояний не видно.
Другой классический пример — Крест Эйнштейна: четыре симметричных изображения одного квазара. В центре должно быть пятое, но то, что мы видим в центре, — это галактика-линза. Пятое, более слабое, теряется на ее фоне. В данном случае вместо кольца получается четыре изображения потому, что галактика-линза не сферически симметрична. Квазар находится на расстоянии 8 миллиардов световых лет, галактика — в 20 раз ближе.
На снимке внизу еще один случай, когда гравитационная линза выступает как инструмент, дающий научно значимый результат. Желтая дуга в нижней правой части снимка — галактика с красным смещением около 5, это самая далекая из наблюдаемых галактик, дальше видны только 
квазары и гамма-всплески. Справа вверху изображение галактики дано в увеличенном виде, справа внизу — с компенсацией искажений. Ее возраст на снимке составляет всего 7% нынешнего возраста Вселенной. И уже тогда есть ярчайшие очаги звездообразования, их размер составляет около 700 световых лет. Видны детали, в 7-10 раз меньшие, чем «Хаббл» смог бы различить без гравитационной линзы.
Снимки космического телескопа «Хаббл» доступны по адресу www.stsci.edu в виде хорошо систематизированного альбома. Они открыты для некоммерческого использования.
Полосу подготовил Борис Штерн