Väčšina ľudí pozná nástroje astronómie: ďalekohľady, špecializované nástroje a databázy. Astronómovia ich používajú a niektoré špeciálne techniky na pozorovanie vzdialených objektov. Jedna z týchto techník sa nazýva „gravitačné šošovky“.
Táto metóda sa jednoducho spolieha na zvláštne správanie svetla, keď prechádza blízko masívnych predmetov. Závažnosť týchto oblastí, zvyčajne obsahujúcich obrovské galaxie alebo zhluky galaxií, zväčšuje svetlo z veľmi vzdialených hviezd, galaxií a kvázarov. Pozorovania využívajúce gravitačné šošovky pomáhajú astronómom skúmať objekty, ktoré existovali v najskorších epochách vesmíru. Odhaľujú tiež existenciu planét okolo vzdialených hviezd. Podivným spôsobom odhalia aj distribúciu temná hmota ktorý preniká do vesmíru.
Koncept gravitačných šošoviek je jednoduchý: všetko vo vesmíre má masu a táto hmota má gravitačný ťah. Ak je objekt dostatočne masívny, jeho silný gravitačný ťah ohne svetlo, keď prechádza okolo. Gravitačné pole veľmi masívneho objektu, ako je planéta, hviezda alebo galaxia alebo zhluk galaxií, alebo dokonca čierna diera, ťahá silnejšie objekty v blízkom priestore. Napríklad, keď prechádzajú svetelné lúče zo vzdialenejšieho objektu, sú zachytené v gravitačnom poli, ohnuté a opätovne zaostrené. Zameraný „obraz“ je zvyčajne skreslený pohľad na vzdialené objekty. V niektorých extrémnych prípadoch môžu byť napríklad celé galaxie v pozadí (napríklad) skreslené pôsobením gravitačnej šošovky na dlhé, chudé, banánovité tvary.
Myšlienka gravitácie šošoviek bola prvýkrát navrhnutá v roku 2006 Einsteinova teória všeobecnej relativity. Okolo roku 1912 Einstein sám odvodil matematiku o tom, ako sa svetlo vychyľuje, keď prechádza gravitačným poľom Slnka. Jeho myšlienka bola následne skúšaná astronómami počas úplného zatmenia Slnka v máji 1919 Arthur Eddington, Frank Dyson a skupina pozorovateľov umiestnených v mestách po celej Južnej Amerike a USA Brazil. Ich pozorovania dokázali existenciu gravitačných šošoviek. Aj keď gravitačné šošovky existovali v celej histórii, je celkom bezpečné povedať, že to bolo prvýkrát objavené na začiatku 20. storočia. Dnes sa používa na štúdium mnohých javov a objektov vo vzdialenom vesmíre. Hviezdy a planéty môžu spôsobiť gravitačné šošovky, aj keď je ťažké ich odhaliť. Gravitačné polia galaxií a klastrov galaxií môžu spôsobiť výraznejšie šošovkové efekty. A teraz sa ukazuje, že temná hmota (ktorá má gravitačný účinok) tiež spôsobuje šošovku.
Teraz, keď môžu astronómovia pozorovať šošovku vo vesmíre, rozdelili tieto javy na dva typy: silný šošovky a slabé šošovky. Silné šošovky sú celkom ľahko zrozumiteľné - ak je to možné vidieť na ľudskom oku na obrázku (povedzme z Hubbleov vesmírny teleskop), potom je to silné. Slabé šošovky na druhej strane nie sú detegovateľné voľným okom. Astronómovia musia používať špeciálne techniky na pozorovanie a analýzu procesu.
V dôsledku existencie temnej hmoty sú všetky vzdialené galaxie trochu slabé. Slabé šošovky sa používajú na detekciu množstva tmavej hmoty v danom smere v priestore. Je to neuveriteľne užitočný nástroj pre astronómov, ktorý im pomáha pochopiť šírenie temnej hmoty vo vesmíre. Silné šošovky im tiež umožňujú vidieť vzdialené galaxie, aké boli v dávnej minulosti, čo im dáva dobrú predstavu o tom, aké podmienky boli ako pred miliardami rokov. Taktiež zväčšuje svetlo z veľmi vzdialených objektov, ako sú najskoršie galaxie, a často dáva astronómom predstavu o činnosti galaxií v mladosti.
Iný typ šošoviek nazývaný „mikročočky“ je zvyčajne spôsobený tým, že hviezda prechádza pred iným alebo proti vzdialenejšiemu objektu. Tvar objektu nesmie byť zdeformovaný, ako je tomu u silnejších šošoviek, ale intenzita vlnenia svetla. To astronómom hovorí, že sa pravdepodobne zúčastnili mikročočky. Zaujímavé je, že planéty môžu byť tiež zapojené do mikročočiek, keď prechádzajú medzi nami a ich hviezdami.
Gravitačné šošovky sa vyskytujú na všetkých vlnových dĺžkach svetla, od rádiových a infračervených po viditeľné a ultrafialové, čo dáva zmysel, pretože sú súčasťou spektra elektromagnetického žiarenia, ktoré sa kúpa vesmír.
Prvá gravitačná šošovka (iná ako pokus o zatmení šošovky z roku 1919) bola objavená v roku 1979, keď Astronómovia sa pozreli na niečo, čo sa nazýva „Twin QSO“. QSO je skratka pre „kvázi-hviezdny objekt“ alebo kvazaru. Pôvodne sa títo astronómovia domnievali, že tento objekt môže byť dvojicou kvázarských dvojčiat. Po starostlivom pozorovaní pomocou Národného observatória Kitt Peak v Arizone dokázali astronómovia zistiť, že neexistujú dva rovnaké kvázary (vzdialené veľmi aktívne galaxie) vo vesmíre. Namiesto toho to boli v skutočnosti dva obrazy vzdialenejšieho kvasaru, ktoré sa vytvorili, keď kvasarove svetlo prešlo blízko veľmi veľkej gravitácie pozdĺž cesty svetla. Toto pozorovanie sa uskutočnilo v optickom svetle (viditeľné svetlo) a neskôr sa potvrdilo rádiovým pozorovaním s použitím Veľmi veľké pole v Novom Mexiku.
Od tej doby bolo objavených veľa gravitačne šošovkových objektov. Najznámejšie sú Einsteinove prstene, čo sú šošovkové objekty, ktorých svetlo vytvára „krúžok“ okolo šošovkového objektu. Pri náhodnej príležitosti, keď sa vzdialený zdroj, objektív so šošovkami a ďalekohľady na Zemi vyrovná, môžu astronómovia vidieť kruh svetla. Nazývajú sa „Einsteinove prstene“, samozrejme pomenované pre vedca, ktorého práca predpovedala fenomén gravitácie.
Ďalším slávnym objektívom so šošovkami je kvasar s názvom Q2237 + 030 alebo Einsteinov kríž. Keď svetlo kvázaru približne 8 miliárd svetelných rokov zo Zeme prešlo podlhovastou galaxiou, vytvorilo tento zvláštny tvar. Objavili sa štyri obrazy kvázaru (piaty obrázok v strede nie je viditeľný voľným okom) a vytvára tak kosoštvorcový alebo krížový tvar. Šošovková galaxia je oveľa bližšie k Zemi ako kvazár vo vzdialenosti asi 400 miliónov svetelných rokov. Tento objekt bol niekoľkokrát pozorovaný Hubbleov vesmírny teleskop.
Na stupnici kozmickej vzdialenosti Hubbleov vesmírny teleskop pravidelne sníma ďalšie snímky gravitačných šošoviek. Podľa mnohých názorov sú vzdialené galaxie rozmazané do oblúkov. Astronómovia používajú tieto tvary na určenie distribúcie hmoty v klastroch galaxií vykonávajúcich šošovky alebo na zistenie ich distribúcie temnej hmoty. Zatiaľ čo tieto galaxie sú všeobecne príliš slabé na to, aby boli ľahko viditeľné, gravitačné šošovky ich robia viditeľnými, prenášajúc informácie cez miliardy svetelných rokov, aby astronómovia mohli študovať.
Astronómovia pokračujú v štúdiu účinkov šošoviek, najmä ak ide o čierne diery. Ich intenzívna gravitácia tiež rozptyľuje svetlo, ako je ukázané v tejto simulácii, pri ktorej sa demonštruje obraz HST oblohy.