중력장 하에서 빛의 경로가 변화해서 생기는 현상인 ‘중력렌즈’는 별, 은하, 은하단 및 우주 전체를 이해하는 데 꼭 필요한 학문분야이다. 그러나 중력렌즈 는 일반상대성이론을 기초로 우주론, 은하, 별 등 우주의 거의 모든 천체들에 대한 이해를 필요로 하는 복합적인 연구분야이기도 하다. 바로 이 중력렌즈 분야 연구에 필요한 (천체)물리학 및 천문학적 이론을 토대로 실제 우주에서 발견되는 중력렌즈계를 분석한 후, 이로부터 알게 된 우주의 모습을 살피고 있는 이 책은 총 9장으로 구성되어 있으며 그 내용은 다음과 같다.
우선 제1장에서는 난해한 일반상대성이론 중 중력렌즈를 이해하는 데 필수적인 부분을 설명하고 있다. 질량의 분포가 어떻게 시공간을 휘게 하고 이렇게 휜 시공간에서 빛의 경로가 어떻게 정해지는가를 보이고 일반상대성이론에서 사용되는 여러 물리량들을 설명하였다. 제2장에서는 일반상대성이론에 기초한 우주론적 내용을 설명한다. 우주 전체의 팽창 역사와 아주 먼 거리에 있는 천체들까지의 거리를 정의하는 방법, 관측되는 양들과 거리와의 관계도 보여 준다. 제3장에서는 이런 우주에서 일어나는 중력렌즈 현상의 기본적인 원리와 일반적인 중력렌즈의 특성들을 설명하고 있다. 제4장에서는 다양한 질량의 분포에 대응되는 중력렌즈들의 특성을 살펴본다. 간단한 중력렌즈의 경우에는 대수적인 방법으로 계산이 가능하지만 여러 개의 중력렌즈가 있는 복합적인 경우는 컴퓨터로만 계산이 가능한데, 제5장에서는 이러한 복잡한 중력렌즈계를 컴퓨터로 계산하는 원리에 대해 설명한다. 제6장에서는 실제 우주에서 발견된 다양한 중력렌즈의 경우를 차례로 살펴본다. 각 중력렌즈들의 특성들을 설명하고 이런 특성들이 어떤 모형으로 이해되는지 분석하며, 이를 통해 은하 내 질량의 분포와 은하단들의 질량과 암흑물질에 대해서도 알아본다.
이어 제7장에서는 우주 모형에 따라 중력렌즈계의 통계적 특성이 어떻게 달라지는가를 유도해 본 후, 제8장에서 이러한 이해를 바탕으로 실제 관측된 중력렌즈계의 통계적 특성으로부터 은하와 은하단, 나아가 우주 전체의 구조와 역사에 대해 알아내는 과정을 살펴본다.
일반적으로 은하가 강하게 중력렌즈되는 경우에는 은하가 여러 개로 보이거나 일그러지는 현상이 잘 관측되지만, 중력이 약한 경우에는 은하가 아주 약간만 일그러지므로 수많은 은하들의 형태를 통계적으로 분석해야 중력렌즈를 일으키는 질량의 분포를 알 수 있다. 제9장에서는 이러한 약한 중력렌즈 현상의 원리를 이해하고 이를 응용하여 은하단이나 우주 거대 규모의 3차원 질량 분포를 결정하는 최근의 중요한 연구 결과에 대해 설명한다.
이 책은 중력렌즈에 대한 지난 30여 년간의 연구성과를 체계적으로 보여 준다. 중력렌즈 이해에 필요한 기초이론에서부터 시작하지만 최근의 새로운 발견과 이를 응용한 연구성과까지 놓치지 않고 있어 이 분야 연구촉진에 이바지할 것으로 기대된다.