近日，中国科学院紫金山天文台研究人员利用詹姆斯•韦伯太空望远镜和甚大望远镜数据在一个强引力透镜星系团中发现迄今质量第二低的爱因斯坦环，为理解在强透镜研究中几乎尚未被探索的低质量星系群提供了难得的机会。该发现以“Discovery of a Low-mass Strong-lens System inSMACSJ0723.3-7327”为题于2025年3月19日发表在《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters）。

图1：SMACS J0723.3−7327的彩色合成图像，由JWST在六个波段（F090W、F150W、F200W、F277W、F356W和F444W）中的数据生成。放大视图即这项工作中研究的强引力透镜系统。

强引力透镜是一种由前景透镜物体的引力作用使背景源物体形成多重像的现象。特别是，星系尺度强透镜是研究星系形成与演化的有力工具。研究表明，透镜星系的中心质量密度分布与其恒星质量和红移等属性存在相关性，为限制重子物理过程及星系并合的影响提供了观测约束。然而，目前对强透镜星系的研究主要集中在大质量星系上，恒星质量通常为10¹¹-10¹²M_☉。另一方面，对邻近星系恒星动力学的研究表明，星系的暗物质比例在特征恒星质量3×10¹⁰M_☉处达到最小值，而在小质量和大质量端均呈现增加的趋势。星系的初始质量函数（IMF）也被发现与速度弥散相关，速度弥散较小的星系往往具有较轻的初始质量函数。因此，小质量透镜星系（10^10.5M_☉）可以提供重要的补充约束。特别是在高红移下，由于空间分辨率的限制，恒星动力学观测变得十分困难，而通过对透镜系统建模则可以获得较为可靠的质量分布，使得小质量透镜星系的研究尤为重要。

图2：建模结果。从左到右，依次是原始数据、透镜星系的光分布、原始数据减去透镜星系的光、模型中源星系所成的像、原始数据减去模型的残差和源星系的光分布。

研究人员在检查由UPDC算法增强后的詹姆斯•韦伯太空望远镜（JSWT）拍摄的SMACSJ0723.3-7327星系团图像时「Wang+,2025,DOI:10.3847/1538-4365/ad9566」，发现了这个独特的小质量星系尺度强透镜系统，并将其命名为SMACSJ0723-SL。该系统的背景源星系在引力作用下呈现出红宝石戒指形状的像（如图 1）。研究人员结合甚大望远镜多单元光谱探测器（VLT/MUSE）的光谱数据对SMACSJ0723-SL的建模和分析，发现其透镜星系是星团的成员星系之一（透镜红移0.3970，源红移1.4792），爱因斯坦半径为～0.424角秒（此半径内总质量估计为3.7×10¹⁰M_☉），恒星质量为～3.3×10¹⁰M_☉，半光度半径约为1 kpc，中心恒星速度弥散为～140 km/s（如图 2）。在透镜星系半光度半径内，其暗物质比例被估计为（12±22）%，即质量由发光物质主导。该透镜星系是迄今为止发现的为数不多的低质量强透镜星系中的恒星质量第二低（10^10.5M_☉，如图 3），SMACSJ0723-SL还可以帮助评估星团成员星系透镜建模中的系统不确定性。由于该爱因斯坦环处于强透镜星系团SMACSJ0723.3-7327的视场，故星系团贡献了～40%的放大率。

图3：已知的代表性强透镜样本的恒星质量与爱因斯坦半径分布。蓝色圆圈代表SLACS透镜，绿色三角形代表SL2S透镜，橙色正方形代表S4TM透镜，品红色五边形代表iPTF16geu，青色菱形代表MACS J1115-G1。SMACS J0723-SL由红色五角星表示。蓝色、绿色和橙色条分别表示SLACS、SL2S和S4TM透镜的典型恒星质量不确定性（±1σ）。

紫金山天文台南极天文和射电天文研究部硕士研究生邓力艋为论文第一作者，指导老师：舒轶平（论文通讯作者）、王蕾、李国亮。这项研究得到了国家重点研发计划（批准号：2023YFA1608100）的资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adbae5