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爱因斯坦的广义相对论预言，大质量物体可以使经过其附近的光线弯折。这一原理可以导致引力透镜现象的产生。本文讨论这种光线弯折中最极端的例子—强引力透镜现象。当透镜体的质量非常大，源的视线位置又靠近透镜时，一个源会产生多重像，这时就会观测到巨型切向弧。作为透镜体的大质量物体可以是星系或星系团。本文研究的是以星系团中的成员星系作为透镜体的系统所产生的切向弧，称为“引力环”。
这些由星系形成的强引力透镜“环”现象对其附近存在的质量所产生的会聚和剪切非常敏感。目前大视场巡天中找到的这种引力环的数目已经相当多，大约是每平方度10个。本文建议系统地研究星系团视场中存在的引力环，利用它们来探测星系团发生的强引力透镜现象的区域之外的物质分布。对于本身作为透镜而具有多重弧系统的星系团来说，在到其中心不同距离处发现的引力环能够约束星系团质量分布在该处的斜率，从而有助于提高拟合精度，了解星系团暗物质的分布。
这种研究方法的基本原理将在本文第四章中结合关于星系团Abell1689的工作中加以阐述。本文不仅采用了数值模拟进行讨论，还将这种方法应用于Abell1689星系团中最近发现的3个引力环。研究表明，星系团环境中的引力环会受到来自星系团的干扰，因而也携带了星系团质量分布情况的信息，从而有可能将引力环作为一种新颖的工具来探测它所在处的星系团质量分布轮廓斜率。关于Abell1689星系团3个引力环的详细研究进一步肯定了该星系团中存在着两个团块，并倾向于认为其暗物质分布在距中心大约300kpc处的斜率大于等温球模型的斜率。不仅如此，本文还将有关Abell1689的研究结果与其它工作进行了比较，其中也包括弱引力透镜的研究。由于Abell1689的质量分布非常复杂，增加了透镜拟合的复杂性，因此本文指出若将这种利用引力环的方法应用于结构比较简单且比较弛豫的星系团，将取得更好的效果。
“强引力透镜巡天”(Strong Lensing Legacy Survey，简称SL2S)提供了大量处于星系团外缘的由椭圆星系产生的引力环样本。因此论文研究的另一项工作是对SL2SJ021737-051329的拟合。观测表明，形成这个引力环的切向弧红移为Zarc=1.847，它处在一个红移为Zcluster=0.647的星系团中。这个环还具有一个显著的特征，即它同时还有一组径向弧。这一罕见的弧结构使其成为SL2S中至今发现的最完美透镜。利用这一透镜现象既可以研究星系团的暗物质分布，同时也可以研究透镜星系的暗物质分布及其与发光物质分布的关系。
对这个环所进行的是一种逐步深入的拟合方法，最终的模型包括对透镜星系的两个成分(恒星和暗物质)以及星系团质量对其产生的干扰。研究结果表明：星系团成员产生的引力环能够用来约束环所在半径处的星系团质量分布斜率；仅仅基于透镜拟合的结果显示，充当透镜的椭圆星系暗物质与发光物质分布在椭率和方向角方面不一致，但暗物质中心与发光物质中心的偏移量只有几个秒差距；拟合得到的径向弧红移与测光红移结果Zrad=2.9非常相近；等温球模型和NFW模型给出的拟合结果并无实质性差别；虽然拟合获得的恒星质量与由测光方法估测的结果一致，但是仍然存在着参数简并的问题，还需要对恒星速度弥散度和星系团动力学的更进一步研究。
本文的结论是，对由星系团成员星系产生的引力环进行系统研究，可以对星系尺度的暗物质分布提供新的探测方法。而要更好地应用这种方法，需要更多、更精确的关于星系团和星系速度弥散度的观测数据。