วงแหวนไอน์สไตน์หรือที่รู้จักกันในชื่อวงแหวนไอน์สไตน์-ชวอลสันหรือวงแหวนชวอลสัน (ตั้งชื่อตามโอเรสต์ ชวอ ลสัน ) เกิดขึ้นเมื่อแสงจากกาแล็กซีหรือดาวฤกษ์เคลื่อนที่ผ่านวัตถุมวลมากระหว่างทางมายังโลก เนื่องจากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงแสงจึงถูกเบี่ยงเบน ทำให้ดูเหมือนว่าแสงมาจากหลายทิศทาง หากแหล่งกำเนิดแสง เลนส์ และผู้สังเกตการณ์อยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ ( syzygy ) แสงจะปรากฏเป็นวงแหวน

การเลนส์โน้มถ่วงได้รับการทำนายโดย ทฤษฎี สัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ [ ^{1 ] แทนที่}แสงจากแหล่งกำเนิดจะเดินทางเป็นเส้นตรง (ในสามมิติ) แสงจะเบี่ยงเบนเนื่องจากการมีอยู่ของวัตถุมวลมาก ซึ่งทำให้กาลอวกาศ บิดเบี้ยว วงแหวนไอน์สไตน์เป็นกรณีพิเศษของการเลนส์โน้มถ่วง เกิดจากการจัดเรียงที่แม่นยำของแหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกตการณ์ ส่งผลให้เกิดความสมมาตรรอบเลนส์ ทำให้เกิดโครงสร้างคล้ายวงแหวน^{[ 2 ]}

ขนาดของวงแหวนไอน์สไตน์กำหนดโดยรัศมีไอน์สไตน์ในหน่วยเรเดียนคือ

${\displaystyle \theta _{1}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {D_{LS}}{D_{S}D_{L}}}}},}$

ที่ไหน

${\displaystyle G}$คือ ค่าคง ที่ความโน้มถ่วง

${\displaystyle M}$คือมวลของเลนส์

${\displaystyle c}$คือความเร็วแสง

${\displaystyle D_{L}}$คือระยะห่างเชิงมุมของเส้นผ่านศูนย์กลางไปยังเลนส์

${\displaystyle D_{S}}$คือระยะทางเชิงมุมจากแหล่งกำเนิด และ

${\displaystyle D_{LS}}$คือระยะเส้นผ่านศูนย์กลางเชิงมุมระหว่างเลนส์กับแหล่งกำเนิด^{[ 3 ]}

โดยทั่วไป แล้ว เมื่อพิจารณาในระยะทางระดับจักรวาล${\displaystyle D_{LS}\neq D_{S}-D_{L}}$

การเบี่ยงเบนของแสงโดยวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงได้รับการทำนายโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปี 1912 ไม่กี่ปี ก่อนการตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1916 (Renn et al. 1997) ปรากฏการณ์วงแหวนได้รับการกล่าวถึงครั้งแรกในเอกสารทางวิชาการโดยโอเรสต์ ควอลสันในบทความสั้นๆ ในปี 1924 ซึ่งเขากล่าวถึง "ปรากฏการณ์รัศมี" ของแรงโน้มถ่วงเมื่อแหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกตการณ์อยู่ในแนวเดียวกันเกือบสมบูรณ์^{[ 4 ]}ไอน์สไตน์ได้กล่าวถึงปรากฏการณ์นี้ในปี 1936 ในบทความที่ได้รับแรงบันดาลใจจากจดหมายของวิศวกรชาวเช็ก RW Mandl ^{[ 5 ]}แต่ระบุว่า

แน่นอนว่าไม่มีหวังที่จะสังเกตปรากฏการณ์นี้โดยตรงได้ ประการแรก เราแทบจะไม่มีโอกาสเข้าใกล้เส้นศูนย์กลางดังกล่าวได้เลย ประการที่สอง มุม β จะเกินขีดความสามารถในการแยกแยะของเครื่องมือของเรา

(ในข้อความนี้ β คือมุมไอน์สไตน์ ซึ่งปัจจุบันแสดงด้วยสัญลักษณ์ β ในนิพจน์ข้างต้น) อย่างไรก็ตาม ไอน์สไตน์พิจารณาเฉพาะโอกาสในการสังเกตวงแหวนไอน์สไตน์ที่เกิดจากดาวฤกษ์ ซึ่งมีโอกาสต่ำ โอกาสในการสังเกตวงแหวนที่เกิดจากเลนส์ขนาดใหญ่ เช่น กาแล็กซีหรือหลุมดำนั้นสูงกว่า เนื่องจากขนาดเชิงมุมของวงแหวนไอน์สไตน์จะเพิ่มขึ้นตามมวลของเลนส์ ${\displaystyle \theta _{1},}$

วงแหวนไอน์สไตน์ที่สมบูรณ์วงแรก ซึ่งกำหนดชื่อเป็น B1938+666 ถูกค้นพบโดยความร่วมมือระหว่างนักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของNASAในปี 1998 ^{[ 6 ]}

ดูเหมือนว่าจะไม่มีการสังเกตการณ์ใดๆ เกี่ยวกับการก่อตัวของวงแหวนไอน์สไตน์ระหว่างดาวฤกษ์กับดาวฤกษ์ดวงอื่น แต่มีโอกาส 45% ที่จะเกิดขึ้นในต้นเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2561 เมื่อ ดาว อัลฟาเซนทอรีเอโคจรผ่านระหว่างเรากับดาวฤกษ์สีแดงที่อยู่ไกลออกไป^{[ 7 ]}

ปัจจุบันมีการค้นพบเลนส์ความโน้มถ่วงหลายร้อยชิ้น ประมาณครึ่งโหลเป็นวงแหวนไอน์สไตน์บางส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดถึงหนึ่งอาร์คเซคอนด์อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทั้งการกระจายมวลของเลนส์ไม่สมมาตรตามแกน อย่างสมบูรณ์ หรือแหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกตการณ์ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ เราจึงยังไม่เคยเห็นวงแหวนไอน์สไตน์ที่สมบูรณ์แบบ วงแหวนส่วนใหญ่ถูกค้นพบในช่วงคลื่นวิทยุ ระดับความสมบูรณ์ที่จำเป็นสำหรับภาพที่มองเห็นผ่านเลนส์ความโน้มถ่วงที่จะจัดว่าเป็นวงแหวนไอน์สไตน์นั้นยังคงต้องมีการกำหนดต่อไป

วงแหวนไอน์สไตน์วงแรกถูกค้นพบโดย Hewitt et al. (1988) ซึ่งสังเกตแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุMG1131+0456โดยใช้Very Large Arrayการสังเกตนี้พบว่าควาซาร์ถูกเลนส์โดยกาแล็กซีที่อยู่ใกล้กว่า ทำให้เกิดภาพสองภาพที่แยกจากกันแต่คล้ายคลึงกันมากของวัตถุเดียวกัน โดยภาพเหล่านั้นถูกยืดออกรอบเลนส์จนเกือบเป็นวงแหวนที่สมบูรณ์^{[ 10 ]}ภาพคู่เหล่านี้เป็นผลกระทบที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งของการที่แหล่งกำเนิด เลนส์ และผู้สังเกตการณ์ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์

วงแหวนไอน์สไตน์ที่สมบูรณ์วงแรกที่ถูกค้นพบคือB1938+666ซึ่งค้นพบโดย King et al. (1998) ผ่านการติดตามด้วยกล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิลของเลนส์ความโน้มถ่วงที่ถ่ายภาพด้วยMERLIN [ ^{6 ] [ 11 ] กาแล็กซี}ที่ทำให้เกิดเลนส์ที่ B1938+666 เป็นกาแล็กซีรูปวงรี โบราณ และภาพที่เราเห็นผ่านเลนส์คือกาแล็กซีบริวารแคระ มืด ซึ่งเราจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน^{[ 12 ]}

ในปี 2548 พลังรวมของการสำรวจท้องฟ้าดิจิทัลสโลน (SDSS) กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกนำมาใช้ในการสำรวจเลนส์สโลน ACS (SLACS) เพื่อค้นหาเลนส์ความโน้มถ่วงใหม่ 19 ชิ้น ซึ่ง 8 ชิ้นแสดงวงแหวนไอน์สไตน์^{[ 13 ]}ซึ่งทั้ง 8 ชิ้นนี้แสดงอยู่ในภาพด้านข้าง ณ ปี 2552 การสำรวจนี้ได้ค้นพบเลนส์ความโน้มถ่วงที่ได้รับการยืนยันแล้ว 85 ชิ้น แต่ยังไม่มีจำนวนที่แน่ชัดว่ามีกี่ชิ้นที่แสดงวงแหวนไอน์สไตน์^{[ 14 ]}การสำรวจนี้มีส่วนรับผิดชอบต่อการค้นพบวงแหวนไอน์สไตน์ในย่านแสงในช่วงไม่นานมานี้ ตัวอย่างบางส่วนที่พบมีดังนี้:

• สำหรับ J0332-3557ซึ่งค้นพบโดยRemi Cabanacและคณะในปี 2005 ^{[ 15 ]}โดดเด่นด้วยค่าเรดชิฟต์ สูง ซึ่งทำให้เราสามารถใช้มันเพื่อสังเกตการณ์เกี่ยวกับเอกภพยุคแรกได้
• " เกือกม้าจักรวาล " เป็นวงแหวนไอน์สไตน์บางส่วนที่สังเกตได้ผ่านเลนส์แรงโน้มถ่วงของ LRG 3-757 ซึ่งเป็นกาแล็กซีสีแดงสว่างขนาดใหญ่ที่โดดเด่น ค้นพบในปี 2007 โดย V. Belokurov และคณะ^{[ 16 ]}
• SDSSJ0946+1006ซึ่งเป็น "วงแหวนไอน์สไตน์คู่" ถูกค้นพบโดย Raphael Gavazzi และ Tommaso Treu ^{[ 17 ]}ในปี 2008 ซึ่งโดดเด่นด้วยการมีวงแหวนหลายวงที่สังเกตได้ผ่านเลนส์แรงโน้มถ่วงเดียวกัน ซึ่งความสำคัญของวงแหวนเหล่านี้จะอธิบายในส่วนถัดไปเกี่ยวกับวงแหวนพิเศษ

อีกตัวอย่างหนึ่งคือวงแหวนไอน์สไตน์วิทยุ/รังสีเอ็กซ์รอบPKS 1830-211ซึ่งมีความเข้มสูงผิดปกติในคลื่นวิทยุ^{[ 18 ]}มันถูกค้นพบในรังสีเอ็กซ์โดย Varsha Gupta และคณะที่หอดูดาวรังสีเอ็กซ์จันทรา^{[ 19 ]}นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าเป็นกรณีแรกของควาซาร์ที่ถูกเลนส์โดยกาแล็กซีเกลียวที่เกือบจะหันหน้าเข้าหา^{[ 20 ]}

กาแล็กซี MG1654+1346 มีวงแหวนวิทยุ ภาพในวงแหวนเป็นภาพของกลีบวิทยุ ควาซาร์ ซึ่งค้นพบในปี 1989 โดย G.Langston และคณะ^{[ 21 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2566 ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดยจัสติน สปิลเกอร์ ได้ประกาศการค้นพบวงแหวนไอน์สไตน์ของกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลซึ่งอุดมไปด้วยโมเลกุลอินทรีย์ ( ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก ) ^{[ 22 ] [ 23 ]}

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2566 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Bruno Altieri พบร่องรอยของวงแหวนไอน์สไตน์ในข้อมูลที่ส่งกลับมาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด^{[ 24 ]}วงแหวนนี้ตั้งอยู่ในกาแล็กซี NGC 6505 ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากโลกมากนัก ประมาณ 600 ล้านปีแสง^{[ 25 ]}

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2568 กล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดได้บันทึกภาพวงแหวนไอน์สไตน์ที่สมบูรณ์แบบเกือบทั้งหมดรอบกาแล็กซีNGC 6505ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 590 ล้านปีแสง ปรากฏการณ์เลนส์โน้มถ่วงนี้ทำให้แสงจากกาแล็กซีพื้นหลังที่อยู่ห่างออกไป 4.42 พันล้านปีแสงเบี่ยงเบนไป^{[ 26 ]}

จากการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ราฟาเอล กาวาซซี จากSTScIและโทมัสโซ เทรว จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา ได้ค้นพบวงแหวนคู่ วงแหวนนี้เกิดจากแสงจากกาแล็กซีสามแห่งที่ระยะทาง 3, 6 และ 11 พันล้านปีแสง วงแหวนดังกล่าวช่วยในการทำความเข้าใจการกระจายตัวของสสารมืดพลังงานมืดธรรมชาติของกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไป และความโค้งของจักรวาลโอกาสที่จะพบวงแหวนคู่รอบกาแล็กซีขนาดใหญ่มีเพียง 1 ใน 10,000 การสุ่มตัวอย่างวงแหวนคู่ที่เหมาะสม 50 วง จะทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดปริมาณสสารมืดในจักรวาลและสมการสถานะของพลังงานมืดได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นภายในความแม่นยำ 10 เปอร์เซ็นต์^{[ 27 ]}

ด้านล่างในส่วนแกลเลอรี คือภาพจำลองที่แสดงการซูมเข้าที่หลุมดำชวาร์ซชิลด์ในระนาบของทางช้างเผือกระหว่างเรากับใจกลางกาแล็กซี วงแหวนไอน์สไตน์วงแรกเป็นบริเวณที่บิดเบี้ยวมากที่สุดในภาพและแสดงให้เห็นจานกาแล็กซีการซูมเข้าเผยให้เห็นวงแหวนเพิ่มเติมอีก 4 วง ซึ่งบางลงเรื่อยๆ และอยู่ใกล้กับเงาของหลุมดำมากขึ้น วงแหวนเหล่านี้เป็นภาพหลายภาพของจานกาแล็กซี วงแรกและวงที่สามสอดคล้องกับจุดที่อยู่ด้านหลังหลุมดำ (จากตำแหน่งของผู้สังเกต) และตรงกับบริเวณสีเหลืองสว่างของจานกาแล็กซี (ใกล้กับใจกลางกาแล็กซี) ในขณะที่วงที่สองและวงที่สี่สอดคล้องกับภาพของวัตถุที่อยู่ด้านหลังผู้สังเกต ซึ่งปรากฏเป็นสีฟ้ากว่า เนื่องจากส่วนที่สอดคล้องกันของจานกาแล็กซีบางกว่าและจึงสว่างน้อยกว่าในภาพนี้

• 
  ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด แสดงวงแหวนไอน์สไตน์สว่างรอบกาแล็กซี NGC 6505
• 
  บางคนสังเกตเห็นวงแหวนไอน์สไตน์โดยใช้ SLACS
• 
  ส่วนโค้งที่งดงามรอบ SDSSJ0146-0929 เป็นตัวอย่างของวงแหวนไอน์สไตน์
• 
  ภาพจำลองแสดงหลุมดำเคลื่อนผ่านหน้ากาแล็กซี
• 
  ภาพตัดต่อของวงแหวนไอน์สไตน์ SDP.81 และกาแล็กซีที่ถูกเลนส์บิดเบือน
• 
  วงแหวนไอน์สไตน์เข้าใกล้หลุมดำ
• 
  เลนส์Carouselแสดงกาแล็กซีแต่ละดวงจำนวน 7 ดวงที่ถูกเลนส์โดยแกนกลางหนึ่งอัน เลนส์เพิ่มเติมสามารถมองเห็นได้ไกลออกไป^{[ 28 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวงแหวนไอน์สไตน์

• ไอน์สไตน์ครอส
• รัศมีไอน์สไตน์
• ภาพลวงตาจากแรงโน้มถ่วง

• Kochanek, CS; Keeton, CR; McLeod, BA (2001). "ความสำคัญของวงแหวนไอน์สไตน์". วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์ 547 (1): 50– 59. arXiv : astro-ph/0006116 . Bibcode : 2001ApJ...547...50K . doi : 10.1086/318350 . S2CID 16122139 .