Heikot linssit paljastavat pimeän aineen
Aine vääntää valoa. Kun kaukaisen tähden valo kulkee Auringon läheltä, gravitaatio muuttaa aavistuksen sen suuntaa. Näin ennusti aikoinaan Albert Einstein ja se pitää lukuisten kokeiden ja havaintojen perusteella paikkansa.
Kun massaa on paljon enemmän kuin Auringolla, kokonaisen galaksijoukon verran, kaukaisemmista kohteista tulevan valon kulkusuunta muuttuu paljon enemmän: kauempana olevan galaksin kuvajainen voi vääristyä kaareksi tai parhaimmillaan täydelliseksi ympyräksi, Einsteinin renkaaksi.
Tällaista ilmiötä kutsutaan vahvaksi gravitaatiolinssiksi. Sen avulla voidaan tutkia hyvin kaukaisia kohteita, niin kaukaisia, että rakentamillamme kaukoputkilla ne eivät erottuisi muuten ollenkaan.
Galaksijoukon gravitaation taivuttaman valon perusteella saadaan selville myös galaksijoukon ominaisuuksia. Ja samalla tulee näkyviin pimeä aine. Tai ei varsinaisesti näkyviin, sillä pimeä aine on nimensä mukaisesti pimeää, mutta se vaikuttaa valon kulkuun siinä missä tavallinenkin aine.
Näin pystytään kuitenkin tutkimaan pimeän aineen jakaumaa vain suuressa mittakaavassa. Tarkempi syyni onnistuu heikkojen gravitaatiolinssien avulla.
Galaksijoukkojen lisäksi myös yksittäiset galaksit taivuttavat niiden ohitse kulkevia valonsäteitä. Silloin saadaan tietoa suurten pimeän aineen keskittymien sijasta yksittäisiä galakseja ympäröivästä pimeästä aineesta. Ja nimenomaan ympäröivästä, sillä nykykäsityksen mukaan galaksien, myös Linnunradan, ympärillä on pimeän aineen muodostama kehä.
Vielä kattavampi selko saadaan toisentyyppisellä heikolla linssillä.
Maailmankaikkeudessa on pimeää ainetta muuallakin kuin galaksien ympäristössä. Se vaikuttaa valon lisäksi myös universumin täyttävään taustasäteilyyn, joka syntyi maailmankaikkeuden ollessa vasta 370 000 vuoden ikäinen.
Valon kulkusuunnan vähäisiä muutoksia voidaan tutkia tekemällä havaintoja suurista määristä galakseja, jotka ovat eri etäisyyksillä ja siten eri-ikäisiä.
Kun nämä havainnot yhdistetään taustasäteilyssä havaittuihin pieniin vaihteluihin, jotka johtuvat niin ikään heikosta gravitaatiolinssi-ilmiöstä, maailmankaikkeuden rakenteesta saadaan tähtitieteilijöiden kovasti kaipaama kolmiulotteinen kuva.