近日，国家天文台中智天文联合研究中心程诚和计算宇宙学团组曹潇月领导的合作研究团队对ALMA望远镜观测到的一个高红移被引力透镜化的极亮红外星系 (Ultraluminous infrared galaxy, ULIRG)进行分析，发现这个高红移星系正经历着剧烈的恒星形成过程。借助引力透镜建模，研究者利用星系的[NII]谱线和远红外连续谱的ALMA观测数据重构出该星系远红外波段的形态和速度分布，发现其具有和近邻的恒星形成星系类似的旋转气体盘的结构。这些结果对于研究高红移星系的高恒星形成率起源有重要意义。
极亮红外星系顾名思义是在红外波段极为明亮的星系，其在红外波段比普通星系亮100-1000倍。本次研究中分析的极亮红外星系，编号为ID 141, 距离观测者一千三百亿光年，星系中包含着大量的尘埃阻拦了星光的传播，使得观测者无法在光学-近红外波段看到它，但在远红外波段，ID 141是宇宙中最明亮的天体之一。
该观测的ALMA数据来自国家天文台中智天文联合研究中心吕南姚主持的ALMA光谱观测项目（2015.1.00388.S）。借助吕南姚此前一系列工作中建立的红外谱线流量，谱线比和星系的尘埃温度，尺寸等信息的经验关系，研究者得以借助一些低空间分辨的谱线观测即可以有效推测出高红移星系的远红外波段性质。分析显示ID 141的恒星形成率超过1000太阳质量每年（相比之下银河系恒星形成率是一个太阳质量每年），其恒星形成区域的半径约1 kpc。
ID 141异常明亮的原因部分来自于引力透镜放大。Keck，GEMINI等望远镜的观测显示在ID 141的视线方向上存在一对红移在z = 0.591的大椭圆星系。这对椭圆星系扭曲了周围的空间，充当了自然的放大镜，使得ID 141的总光度增大为原本的5.8倍。引力透镜效应扭曲了ID 141的图像，使其呈现2个像 (图1)，同时也放大了ID 141的图像，星系的观测尺度达到3个角秒。
国家天文台计算宇宙学团组的曹潇月和李然发展了一套可用于分析亚毫米波干涉数据的引力透镜建模程序，还原出ID 141的红外波段形态和速度分布, 显示了其存旋转的速度结构。定量分析显示ID 141旋转速度达到300 km/s（图2），可能是这一红移处最大质量的旋涡星系之一。
这一研究充分显示了ALMA引力透镜研究的意义——利用自然的放大镜，我们得以更加清晰的观察探索宇宙早期历史中的星系演化过程。
该研究论文预印本链接： https://arxiv.org/abs/2006.01147。
引力透镜效应示意图。左图为一个理想漩涡星系的速度分布，右图为星系经过引力透镜后的速度场。星系尺寸被引力透镜效应放大的同时，速度场也被扭曲了。研究者需要通过引力透镜建模来重构星系原本的速度场。
左图为ALMA观测到的星系亮度分布，中图为最佳理论拟合，右图为模型重构的星系速度场分布
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