W kosmicznej grze w chowanego na skalę galaktyczną, Kosmiczny Teleskop Hubble'a NASA uchwycił rozległą galaktykę spiralną z poprzeczką, mniej więcej wielkości naszej Drogi Mlecznej – ale prawdziwy popisowy numer kryje się w prawym dolnym rogu. Tam odległa galaktyka tła jest powiększana i zniekształcana przez grawitację bliższej galaktyki, zjawisko znane jako soczewkowanie grawitacyjne. To jak krzywe zwierciadło, tyle że lustrem jest czasoprzestrzeń, a wesołym miasteczkiem – cały wszechświat.

To konkretne zdjęcie jest jednym z wielu obserwacji soczewkowania grawitacyjnego, które Hubble wykonał w ramach przygotowań do badań naukowych za pomocą nowego Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman. Pomyśl o Hubble'u jako o sumiennym stażyście, który wykonuje podstawową robotę, podczas gdy Roman przygotowuje się do wkroczenia ze swoim znacznie większym polem widzenia. Soczewkowanie grawitacyjne zachodzi, gdy masa obiektu pierwszego planu – takiego jak galaktyka – zakrzywia czasoprzestrzeń, powodując załamywanie, zniekształcanie i powiększanie światła przechodzącego wokół obiektu, podobnie jak gigantyczna soczewka w kosmosie. Wymaga to precyzyjnego przypadkowego ustawienia w linii między galaktykami pierwszego planu i tła, ponieważ wszechświat, najwyraźniej, ma wyczucie dramatycznego wyczucia czasu.

Na tym zdjęciu soczewka grawitacyjna obejmuje galaktykę eliptyczną pierwszego planu oddaloną o około 4,5 miliarda lat świetlnych. Oznacza to, że światło, które teraz widzimy z tej galaktyki, rozpoczęłoby swoją podróż w naszym kierunku, gdy nasz Układ Słoneczny dopiero się formował – czyli mniej więcej wtedy, gdy Ziemia była jeszcze stopionym piekłem, a nikt nie wynalazł jeszcze koła. Galaktyka tła znajduje się około ośmiu miliardów lat świetlnych stąd, prawie dwa razy dalej. Pojawia się jako para łuków: jeden duży i bardzo widoczny w lewym górnym rogu galaktyki pierwszego planu, drugi znacznie mniejszy, odwrócony obraz tej samej galaktyki tła w prawym dolnym rogu. Taka konfiguracja nazywana jest parą łuk–kontrłuk, co brzmi jak wymyślny ruch gimnastyczny, ale w rzeczywistości to po prostu grawitacja zachowująca się jak zwykle, czyli ponadprzeciętnie.

Im masywniejsza jest galaktyka pierwszego planu, tym silniejsza soczewka grawitacyjna i tym bardziej znacząco zakrzywia światło. Badając zniekształcenie galaktyki tła, naukowcy mogą określić, ile masy zawiera galaktyka pierwszego planu. Odgrywa to ogromną rolę w badaniu ciemnej materii, tajemniczej, niewidzialnej substancji, która stanowi większość masy we wszechświecie. Widzialna materia nie wystarcza, aby wyjaśnić poziom zniekształcenia galaktyki tła, co pozwala naukowcom obliczyć zarówno masę galaktyki pierwszego planu, jak i ilość zawartej w niej ciemnej materii. Innymi słowy, wszechświat składa się głównie z czegoś, czego nie widzimy, a my używamy gigantycznej kosmicznej lupy, aby dowiedzieć się, ile tego czegoś czai się w danej galaktyce. Nauka!

Prawie wszystkie obiekty na tym zdjęciu to galaktyki, z wyjątkiem kilku rozproszonych gwiazd pierwszego planu. Galaktyka spiralna z poprzeczką na tym zdjęciu – nazywana tak, ponieważ jej ramiona rozciągają się od poprzeczki gwiazd w jej centrum – ma rozmiar zbliżony do naszej Drogi Mlecznej, którą astronomowie również uważają za spiralną z poprzeczką. Mała spirala po lewej stronie dużej spirali może być galaktyką satelitarną, podobną do Wielkiego i Małego Obłoku Magellana krążących wokół Drogi Mlecznej. To jak galaktyczna świta.

Hubble obserwuje kosmos głównie w świetle widzialnym i ultrafioletowym, z pewnym zakresem podczerwieni, podczas gdy Roman widzi głównie w podczerwieni i częściowo w świetle widzialnym. Hubble może dostarczyć obrazy poszczególnych obiektów w wysokiej rozdzielczości, podczas gdy Roman ma znacznie większe pole widzenia sprzyjające panoramom. Więc Hubble jest fotografem portretowym, a Roman – malarzem pejzażystą. Razem zbudują jeszcze bardziej wszechstronny obraz kosmosu.

To tylko jedno z wielu zdjęć soczewkowania grawitacyjnego uchwyconych przez Hubble'a. Astronomowie wykorzystają je do analizy zniekształceń grawitacyjnych, aby dowiedzieć się więcej o ciemnej materii w galaktykach pierwszego planu i położyć podwaliny pod przyszłe obserwacje Romana. Hubble może obserwować te soczewki grawitacyjne tylko pojedynczo, podczas gdy szerokie spojrzenie Romana na niebo