Enamik inimesi tunneb astronoomia vahendeid: teleskoope, spetsiaalseid instrumente ja andmebaase. Astronoomid kasutavad neid, lisaks veel mõnda eritehnikat kaugete objektide vaatlemiseks. Neid tehnikaid nimetatakse gravitatsiooniläätsedeks.
See meetod sõltub lihtsalt valguse omapärasest käitumisest, kui see läbib massiivseid esemeid. Nende piirkondade gravitatsioon, mis tavaliselt sisaldab hiiglaslikke galaktikaid või galaktikaparve, suurendab valgust kaugetest tähtedest, galaktikatest ja kvaasaritest. Gravitatsioonilise läätse abil tehtud tähelepanekud aitavad astronoomidel uurida objekte, mis eksisteerisid universumi kõige varasemas järgus. Samuti paljastavad nad planeetide olemasolu kaugete tähtede ümber. Huvitaval moel paljastavad nad ka tume aine mis läbistab universumit.
Gravitatsioonilise läätse idee on lihtne: kõigel universumis on mass ja sellel massil on gravitatsiooniline tõmme. Kui objekt on piisavalt massiivne, paindub selle tugev gravitatsiooniline tõmme möödasõidul kergeks. Väga massiivse objekti, näiteks planeedi, tähe või galaktika või galaktika klastri, või isegi musta augu gravitatsiooniväli tõmbab tugevamini läheduses asuva kosmose objekte. Näiteks kui kaugemast objektist pärinevad valguskiired mööduvad, satuvad nad gravitatsioonivälja, painutatakse ja suunatakse uuesti tähelepanu. Uuesti fokuseeritud pilt on tavaliselt kaugemate objektide moonutatud vaade. Mõnel äärmuslikul juhul võivad gravitatsiooniläätse toimel moonduda terved (näiteks galaktika) galaktikad pikkadeks, kõhnateks, banaanitaolisteks kujunditeks.
Gravitatsioonilise läätse ideed soovitati esmakordselt aastal Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria. Umbes 1912. aasta paiku tuvastas Einstein ise matemaatika selle kohta, kuidas valgus ümber Päikese gravitatsioonivälja läbib. Seejärel katsetasid tema ideed astronoomid kogu päikesevarjutuse ajal 1919. aasta mais Arthur Eddington, Frank Dyson ja vaatlejate meeskond, kes paiknevad Lõuna-Ameerika ja Lõuna-Ameerika linnades Brasiilia. Nende tähelepanekud tõestasid, et gravitatsiooniline lääts oli olemas. Kuigi gravitatsiooniline lääts on kogu ajaloo vältel eksisteerinud, on üsna kindel öelda, et see avastati esmakordselt 1900. aastate alguses. Tänapäeval kasutatakse seda paljude kauges universumis esinevate nähtuste ja objektide uurimiseks. Tähed ja planeedid võivad põhjustada gravitatsioonilise läätse efekte, ehkki neid on raske tuvastada. Galaktikate ja galaktikaparvede gravitatsiooniväljad võivad tekitada paremini märgatavaid läätseefekte. Ja nüüd selgub, et tume aine (millel on gravitatsiooniline efekt) põhjustab ka läätsede tekkimist.
Nüüd, kui astronoomid saavad läätsesid vaadelda kogu universumis, on nad jaganud sellised nähtused kahte tüüpi: tugev läätsed ja nõrgad läätsed. Tugevast läätsest on üsna lihtne aru saada - kui seda saab pildil inimese silmaga näha (ütleme, alates Hubble'i kosmoseteleskoop), siis on see tugev. Nõrk lääts pole seevastu palja silmaga tuvastatav. Astronoomid peavad protsessi jälgimiseks ja analüüsimiseks kasutama spetsiaalseid tehnikaid.
Tumeda aine olemasolu tõttu on kõik kauged galaktikad pisikeste nõrkade läätsedega. Nõrka läätse kasutatakse tumeaine koguse kindlaksmääramiseks ruumis antud suunas. See on uskumatult kasulik tööriist astronoomidele, aidates neil mõista tumeda aine jaotust kosmoses. Tugev lääts võimaldab neil ka kaugeid galaktikaid näha sellisena, nagu nad olid kauges minevikus, mis annab neile hea ettekujutuse sellest, millised tingimused olid nagu miljardid aastad tagasi. See suurendab ka väga kaugete objektide, näiteks varasemate galaktikate valgust ning annab astronoomidele aimu galaktikate tegevusest juba nooruses.
Teist tüüpi läätse, mida nimetatakse "mikrolülitamiseks", põhjustab tavaliselt täht, mis möödub teise ees või kaugema objekti vastas. Objekti kuju ei pruugi olla moonutatud, kuna see on tugevama läätsega, kuid valguse tugevus lainetab. See ütleb astronoomidele, et tõenäoliselt oli tegemist mikrolülitamisega. Huvitav on see, et planeedid võivad osaleda ka mikrolülitamises, kui nad liiguvad meie ja nende tähtede vahel.
Gravitatsiooniläätsed esinevad kõigil valguse lainepikkustel, alates raadio- ja infrapunakiirgusest kuni nähtava ja ultraviolettkiirguseni, mis on loogiline, kuna nad kõik kuuluvad elektromagnetilise kiirguse spektrisse universum.
Esimene gravitatsioonilääts (välja arvatud 1919. aasta eclipse-objektiivi katse) avastati 1979. aastal, kui astronoomid vaatasid midagi, mida nimetatakse "Twin QSO" .QSO on lühend "kvaasitähe objektist" või kvaasar. Algselt arvasid need astronoomid, et see objekt võib olla kvasari kaksikute paar. Pärast hoolikaid vaatlusi Arizonas asuva Kitt Piigi riikliku vaatluskeskuse abil suutsid astronoomid aru saada, et kaht identset kvasaari (kauge väga aktiivsed galaktikad) üksteise lähedal kosmoses. Selle asemel olid need tegelikult kaks pilti kaugemast kvaasarist, mis valmistati, kui kvaasi valgus kulges valguse liikumistee ääres väga suure gravitatsiooni lähedal. Vaatlus tehti optilises valguses (nähtavas valguses) ja kinnitati hiljem raadiovaatlustega, kasutades Väga suur massiiv New Mexico osariigis.
Sellest ajast peale on avastatud palju gravitatsiooniliselt läätsega objekte. Kõige kuulsamad on Einsteini rõngad, mis on läätsed, mille valgus teeb läätseobjekti ümber "rõnga". Juhuslikult, kui kõik kauged allikad, läätsed ja teleskoobid asuvad Maa peal, on astronoomidel võimalus näha valgusrõngast. Neid nimetatakse "Einsteini rõngaks", mida muidugi nimetatakse teadlase jaoks, kelle töö ennustas gravitatsioonilise läätse fenomeni.
Veel üks kuulus objektiiviga objekt on kvasar nimega Q2237 + 030 ehk Einsteini rist. Kui Maast umbes 8 miljardi valgusaasta kaugusel asuva kvaasari valgus läbis pikliku kujuga galaktika, lõi see selle veidra kuju. Ilmus kvaasari neli pilti (viies pilt keskel pole palja silmaga nähtav), luues rombikujulise või ristikujulise kuju. Objektiiviga galaktika asub Maale palju lähemal kui kvaasar, umbes 400 miljoni valgusaasta kaugusel. Seda objekti on mitu korda vaadanud Hubble'i kosmoseteleskoop.
Kosmilise vahemaa skaalal Hubble'i kosmoseteleskoop pildistab regulaarselt muid pilte gravitatsioonilisest läätsest. Paljudes selle vaadetes on kaugemad galaktikad kaaredeks määritud. Astronoomid kasutavad neid kujundeid massi jaotuse määramiseks läätse tegevates galaktikaparvedes või tumeda aine jaotuse leidmiseks. Kuigi need galaktikad on üldiselt liiga nõrgad, et neid hõlpsasti näha, muudab gravitatsiooniline lääts need nähtavaks, edastades teavet astronoomide uurimiseks miljardite valgusaastate jooksul.
Astronoomid jätkavad läätsede mõju uurimist, eriti kui tegemist on mustade aukudega. Nende intensiivne gravitatsioon hajutab ka valgust, nagu on näidatud selles simulatsioonis, kasutades demonstreerimiseks HST-pilti.