เลนส์ความโน้มถ่วง: เมื่อมวลทำหน้าที่เป็นเลนส์

สัมพัทธภาพทั่วไปบอกว่าแสงเคลื่อนที่ตามความโค้งของกาลอวกาศ เมื่อแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลผ่านใกล้วัตถุมวลมากระหว่างทาง แสงจะเลี้ยวเบน ผลคือภาพของวัตถุไกลถูกขยาย บิดเบี้ยว หรือแยกเป็นหลายภาพ คล้ายมองผ่านเลนส์แก้วที่ไม่สมบูรณ์

มุมที่แสงเลี้ยว

แสงที่ผ่านมวล M ด้วยระยะใกล้ที่สุด b เลี้ยวเป็นมุม

มุมที่แสงเลี้ยวมากขึ้นเมื่อมวลมากขึ้น และเมื่อแสงผ่านใกล้มวลนั้นมากขึ้น

สำหรับแสงดาวที่เฉียดขอบดวงอาทิตย์ได้เลี้ยวไปราว 1.75 พิลิปดา ค่าที่ อาร์เทอร์ เอดดิงตัน วัดได้ระหว่างสุริยุปราคาในปี ค.ศ. 1919 ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญแรกของสัมพัทธภาพทั่วไป

วงแหวนไอน์สไตน์

ถ้าแหล่งแสง เลนส์ และผู้สังเกตอยู่ในแนวเดียวกันพอดี แสงจะเลี้ยวมาหาเราได้จากทุกทิศรอบเลนส์ ภาพของแหล่งแสงจึงกลายเป็นวงแหวน รัศมีเชิงมุมของวงแหวนคือ ขนาดของวงแหวนขึ้นกับมวลของเลนส์ และระยะทางระหว่างเรา เลนส์ และแหล่งแสง

เมื่อ D_L D_S และ D_{LS} คือระยะทางถึงเลนส์ ถึงแหล่งแสง และจากเลนส์ถึงแหล่งแสง ถ้าวัดขนาดวงแหวนได้ ก็หามวลของเลนส์ได้ ซึ่งเป็นวิธีชั่งมวลที่ไม่ขึ้นกับว่ามวลนั้นเปล่งแสงหรือไม่ ถ้าแนวเยื้องกันเล็กน้อย จะเห็นเป็นโค้งหรือหลายภาพแทน เช่น กากบาทไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นควอซาร์ดวงเดียวที่ปรากฏเป็นสี่ภาพรอบดาราจักรที่เป็นเลนส์

สามระดับของเลนส์

• เลนส์อย่างเข้ม เห็นวงแหวน โค้ง หรือหลายภาพชัดเจน มักเกิดรอบกระจกดาราจักรมวลมาก ซึ่งทำหน้าที่เป็นกล้องโทรทรรศน์ธรรมชาติขยายดาราจักรที่อยู่ไกลมากให้เห็นได้
• เลนส์อย่างอ่อน ภาพของดาราจักรพื้นหลังจำนวนมากถูกยืดเพียงเล็กน้อยในทิศที่สอดคล้องกัน วัดได้ด้วยสถิติเท่านั้น ใช้ทำแผนที่การกระจายของสสารมืดทั่วท้องฟ้า
• เลนส์ระดับจุลภาค ดาวหรือดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าดาวพื้นหลังทำให้ดาวนั้นสว่างขึ้นชั่วคราว ภาพแยกกันน้อยเกินกว่าจะเห็น แต่วัดความสว่างที่เปลี่ยนได้ ใช้ค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่อยู่ไกลจากดาวฤกษ์แม่ และวัตถุมืดในดาราจักร

เผยให้เห็นสสารมืด

กระจุกดาราจักรบูลเล็ตเป็นตัวอย่างที่มีชื่อเสียง กระจุกสองกลุ่มชนทะลุกัน แก๊สร้อนซึ่งเป็นมวลปกติส่วนใหญ่ชนกันและค้างอยู่ตรงกลาง แต่แผนที่มวลจากเลนส์ความโน้มถ่วงกลับแสดงว่ามวลส่วนใหญ่ทะลุผ่านไปพร้อมกับดาราจักร แปลว่ามวลส่วนใหญ่เป็นสิ่งที่ไม่ชนกันและมองไม่เห็น ซึ่งก็คือสสารมืด