真空中では、光は常に直線で移動することが一般的に教えられています。 これは地球上の多くの状況の場合ですが、私たちが宇宙を見ると、状況はより複雑です。 アインシュタインの一般相対性理論は、時空の生地の曲率または反りとして重力を記述します。 したがって、巨大な物体は時空の連続体を歪ませることによって重力場を作り出します。 光線は、本質的に湾曲した空間内の2つの点の間の最短距離である測地線と呼ばれる経路上で宇宙を通過します。
地球の表面近くのほぼ一定の重力場のような平らな平面では、測地線は本質的に直線です。 しかし、より広い宇宙では、これはそうではありません。 大規模な宇宙の歪んだ時空のような曲面では、測地線は湾曲しています。このため、私たちが検出したすべての光線は、宇宙を通過するときにある程度偏向されている可能性が最も高いです。
これは、光線がその旅を通過する様々な銀河や銀河団の重力によって引き起こされます。重力レンズとして知られているこの特別な性質は、20世紀初頭にアルバート-アインシュタインの一般相対性理論によって存在すると予測された。 数学は、ガラスレンズが望遠鏡や顕微鏡で光を曲げるのと同じように、巨大な天体が通過する光線を曲げることができることを示しました。 しかし、たわみの量は小さく、望遠鏡がそれを検出するためには特別な条件を満たす必要がありました。
（左）円対称画像に対するレンズ質量の効果のイラスト。 (右)銀河団Abell2218では、銀河団の周りに強くレンズ付きの弧が見られます。 すべての背景銀河は弱くレンズされています。 Abell2218のクレジット：NASA、ESA、およびJohan Richard（米国カリフォルニア工科大学）。
1919年に、これらの条件は、豊かな星のフィールドで皆既日食の発生によって満たされました。 イギリスの天体物理学者アーサー-エディントンが率いる遠征隊が派遣された。 日食の瞬間に、天文学者は太陽の重力場によって引き起こされた星の光の偏向を観察しました。 彼らはアインシュタインの予測とその結果を比較したとき、彼らは一致していることがわかりました。 この結果は、アインシュタインの理論の実験的証明に重要な役割を果たしました。
アインシュタインのノートは、約七年前、彼は観測者が正しい距離に位置していた場合、天体の周りから偏向された光線が拡大画像を作るために集 これは強い重力レンズとして知られている現象です。 例えば、太陽を重力レンズとして使用して、より遠い天体の画像を形成するには、観察者は地球よりも太陽から少なくとも550倍離れていなければな弱い重力レンズでは、光線は画像を拡大するのに十分な偏向されず、代わりに微妙な歪みを導入します。
弱い重力レンズでは、光線は画像を拡大す 各銀河団からの偏向は、それ自体では事実上検出できませんが、累積効果は、測定から推測することができる遠くの銀河の画像に微妙な歪みを与えます。 天文学者はこの効果を宇宙せん断と呼んでいます。
2000年の最初の検出以来、cosmic shearは、宇宙の膨張歴史とその構造の成長の測定を提供する、信頼性の高い堅牢な宇宙探査機へと進化してきました。 これは、宇宙における物質の密度、宇宙における銀河のクラスタリングの量、およびダークエネルギーの挙動に制約を提供してきました。 3つはいずれも宇宙マイクロ波背景放射の測定からの理論的期待に近く、これはこの技術への信頼を高めています。
弱い重力レンズのイラスト。 クレジット：NASA、ESA、およびR.Massey。
弱いレンズの場合、レンズ自体は銀河の密な背景の前にダークマターの拡張分布です。 暗黒物質の重力場のために、それぞれの背景銀河は非常にわずかに歪んでいます。 背景銀河の歪みはランダムではありませんが、ダークマターの密度分布と一致します。 このように、背景銀河を一緒に調べることで、前景構造のせん断画像が明らかになります。
それぞれの背景銀河への赤方偏移を測定することにより、異なる赤方偏移に位置する暗黒物質の構造を解くことが可能になります。 異なる赤方偏移で十分な量の背景銀河を使用すると、ダークマター構造の断層撮影を行うことができます。 ユークリッドは、宇宙の100億光年にわたって広がる15億の背景銀河の歪みを測定し、私たちの宇宙のダークマター分布の三次元ビューを作成することによっ
この情報により、宇宙学者は、銀河構造の大規模な分布が宇宙の歴史を通してどのように構築されたかを推測することができるようになります。 これは、そのような構造が成長する速度を決定するのに役立ちます。 その結果、宇宙のダークマターとダークエネルギーの性質と量に強い制約を与え、両方の成長速度に影響を与えます。1：ミッションサイエンス
2：ダークマターとは何ですか？ 3：ダークエネルギーとは何ですか？ 4：重力レンズとは何ですか？5：バリオン音響振動とは何ですか？
6：レガシーサイエンス（宇宙論を超えて）