Lente gravitacional
La relatividad general predice que la masa curva el espaciotiempo y que la luz sigue geodésicas a través de esa geometría curvada, de modo que parece doblarse alrededor de los objetos masivos. El ángulo de deflexión de un rayo que pasa con parámetro de impacto b es alpha = 4GM / (c^2 b), exactamente el doble de la predicción newtoniana. Para un rayo que roza el borde del Sol (b = R_sol = 6,96 x 10^8 m, M = 2 x 10^30 kg), esto da 1,75 segundos de arco, confirmado por la expedición de Eddington al eclipse solar de 1919. Para una lente de escala galáctica con masa ~10^12 masas solares a 1 Gpc, el radio de Einstein es theta_E = sqrt(4GM D_ls / c^2 D_l D_s), que resulta ser de aproximadamente 1 segundo de arco: suficientemente grande para resolverse con el Hubble o con óptica adaptativa desde tierra. Cuando una fuente se encuentra exactamente sobre el eje óptico detrás de la lente, la imagen se distribuye en un anillo de Einstein completo de radio theta_E alrededor de la galaxia lente.
El efecto de lente gravitacional opera en tres regímenes distintos según la alineación fuente-lente y la masa de la lente. El lensing fuerte (masas de galaxias o cúmulos, alineación próxima) produce imágenes múltiples, arcos brillantes y anillos de Einstein; mide directamente la masa proyectada dentro de theta_E sin ninguna hipótesis sobre la razón masa-luminosidad, lo que lo convierte en la mejor sonda de la concentración de materia oscura en cúmulos de galaxias como Abell 2744. El lensing débil mide la cizalla coherente estadística de millones de galaxias de fondo en campos extensos, reconstruyendo mapas de materia oscura a escalas cósmicas; las misiones Euclid de la ESA y el Observatorio Rubin aplicarán lensing débil a cientos de millones de fuentes. El microlensing causado por objetos de masa estelar en el halo de la Vía Láctea produce eventos de amplificación transitoria con duraciones de días a semanas, y ha permitido detectar centenares de planetas errantes y acotar la fracción de materia oscura en forma de MACHOs por debajo del 8% de la masa total del halo.