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假設地球、一個黑洞和一顆恆星碰巧排在一條直線上,按照廣義相對論定律,黑洞附近的時空彎曲將使來自遠處恆星的光在到達地球之前沿幾條可能路徑之一運動(圖56)。於是,望遠鏡就必然會看到同一個光源的幾個像:一個對應著彎曲最少的光線的“主”像,以及若干個對應著彎曲較嚴重的光線的“次”像。這種表觀像相對於真實像的移動就叫做引力幻景。
有時在沙漠裡可以見到的幻景是這樣造成的:由沙裡散發出的熱使不同層次空氣的溫度得到不同的升高,因而不同氣層就有不同的折射率,由沙所反射的光線就會沿不同的路徑到達遠處的旅行者,於是就會形成各種神秘的幻景,可以被看作是綠洲、城市或是海洋,完全取決於旅行者最想看到什麼。
探測由宇宙空間的彎曲所造成的引力幻景無疑要困難得多,不妨先考慮一下銀河系外的巨型黑洞的情況。遠處的源,例如類星體或宇宙背景輻射(這種輻射的確是唯一的在天空中到處都存在的電磁輻射源),就可能會被黑洞的引力透鏡效應所影響。
天文學家已經掌握了一批引力幻景給出類星體多重像的例項,但是,造成這些幻景的並不是巨型黑洞,而只不過是中介星系而已。所有的物質集結都能使時空連續體出現一定程度的彎曲,因而都能起引力透鏡作用。大多數測量(像的分離等等)只能給出透鏡的質量,所以如果透鏡本身沒有被探測到,當然就不可能說出那究竟是個巨型黑洞還是個闇弱的星系。
1985年,一對名為哈利德(Hazard)1146+lllB和C的類星體在天文界引起了轟動。它們的紅移乍看起來是相同的,因而很像是同一個天體被一個插入透鏡造成的雙像。但是與其他引力幻景不同的是,哈利德1146+fll有著極大的角分離:2.6角分,比已知的其他多重類星體要大20倍。如果它們確是同一個天體的像,引力透鏡的質量就得相當於幾千個星系。
有三種型別的天體可以成為這種大質量的透鏡:極密集的星系團,“超巨型”黑洞,以及“宇宙弦”。沒有任何觀測證據顯示在這個方向上座落有星系團。“宇宙弦”是基本粒子理論家發明的一種優美構造,這是一種在宇宙的最初時刻形成的、很長而半徑幾乎為零的弦,能夠輸送引力能。但是.沒有任何實驗方案可以用於證實這種東西的存在,或是證實這個理論的合理。於是只剩下黑洞,它反而成了最少離奇性的解釋。哈利德1146+111的情況所需要的黑洞質量在”2到10”M之間,而且只能是原初黑洞,這個巨大的質量遠遠超出黑洞學家的想象
但是在接受這種極端的解釋之前,必須肯定哈札德1146+111的確是引力幻景。更精確的測量表明,它們的光譜並不一樣,也就是說這兩個像並不是源於同一個類星體,而是相互靠得很近的兩個類星體。這是宇宙弦和超黑洞的夢的終結。這裡細述這個故事,只是想說明科學研究中常有這種混亂。一個轟動性發現的宣佈(並引起新聞媒介的注意),其背後常常只是對不精確的資料作了錯誤的解釋,隨後所作的更好的測量又把這個發現送回到“正常”的行列,從而再次證明簡單性原理的中肯:最“經濟”的即最“平凡”的(沒有任何貶義)假設,幾乎總是正確的。
在巨型黑洞之後,再來看看恆星級質量黑洞的情況(包括原初的和後來形成的)。這種黑洞的直徑只有幾公里,所以即使是處在我們銀河系內並且近到只有幾十光年的距離上,其視直徑也會很小,以至與一顆更遠處的恆星排成一線的可能性就微乎其微。即使這種排列真的發生,由黑洞質量所決定的恆星不同像之間的角分離,也會小得使目前和將來的望遠鏡無法分辨,那麼就毫無希望了嗎?不是。因為透鏡(即使是微型的)效應,並不只限於造出多重像,而是還能使像的強度增大,使光譜變形。考慮我們銀河系或鄰近星系的暈裡的一個微型透鏡,它相對於遙遠的(因而被看作是固定的)類星作背景就有很緩慢的運動,排列成線的可能性就不再是可忽略不計的了,引力幻景就會使類星體的光度和光譜出現短暫的變化。這個主意還挺不錯,以至於有些學者把整個一類有活動核心的星系(見第對章)都解釋為微型透鏡的積累效應。幾個深入細緻的觀測計劃正在進行之中,其目的主要倒不是探測恆星級黑洞,而是要證實在星系暈裡聚集著大量很小而闇弱的恆星。
暗物質
現代宇宙學尚未解決的問題之一是所謂下落不明的質量。對星系運動的觀測表明,“可見”物質(無論是在光學、射電、紅外或X射線波段可見)只佔