黑洞

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總質量的一部分。可以舉一個簡單的例子來描述這個問題。許多星系聚整合團，形成束縛的引力結構，並不散開到周圍的宇宙介質裡。如果這些星系團只由可觀測到的單個星系和星系際氣體組成，則引力將不足以使它們聚集在一起，因此就必然存在暗物質，在電磁輻射這種形式上是不可見的，但是能提供引力以維持星系團的存在。

黑洞顯然是這種暗物質的候選者（最新的說法是“褐矮星”，有時被不大禮貌地稱為“衰敗星”，指的是質量小到只有太陽的百分之一，因而核心不能發生熱核反應的闇弱天體。關於微透鏡的觀測計劃的基本目的正是要找到這種星），但是，各種由觀測得出的制約排除了大量巨型黑洞聚集的可能性（如在第門章將要看到的，很可能所有星系的核心都有一個質量很大的黑洞，但要解決下落不明的質量問題，在星系核外就還得有許多巨型黑洞）。比如說，如果質量遠大於100萬M的黑洞存在於旋渦星系的暈裡，即在聚集著絕大部分可見物質的星系核球和星系盤（見第17章）之外，這種黑洞的存在將至少會以兩種方式表現出來：第一，它們將作為引力透鏡而使遙遠恆星的像多重化；第二，它們將使星系盤中恆星的速度增大，因而使盤變厚。然而這些現象都從未被觀測到。

另一方面，質量為100萬M的原初黑洞存在的可能性並未被排除。絕大多數星系都是在宇宙歷史的早期形成的，其核心的黑洞也可能是原初型的，甚至有可能黑洞正是使星系得以形成的種子。第十六章　X射線星

孤立的恆星級黑洞，對於熱輻射形式的蒸發來說質量太大，對於使遙遠恆星的光線彎曲來說質量又太小，因而確是不可見的。

但是，黑洞從來就不是完全孤立的，它身居星際介質之中，吞噬周圍的物質來餵養自己，這樣的黑洞總是會留下痕跡，被吞噬的物質在消失之前會發出電磁輻射。不過，星際氣體過於稀薄，產生的光度太弱，一個10M的黑洞在吸進周圍氣體時只能產生像一顆孤立白矮星那樣暗淡的光，最多隻能在見光年的距離上被探測到。而即使在銀河系裡有10億個黑洞，最靠近地球的恐怕也在100光年以外。

那麼，對希望探測黑洞的天文學家來說還留有什麼餘地嗎？回答是雙星系統。單個恆星只是少數，作為恆星殘骸的黑洞也是如此。許多黑洞應當是在雙星系統之中，儘管雙星系統中的黑洞甚至比它的緻密星兄弟，即白矮星和中子星更善於隱蔽，但畢竟有蹤跡可尋。到雙星中尋找黑洞就成為過去20年中天體物理學家最富成果的途徑之一。

共生的幽靈

不論是否有黑洞，雙星很少能被同時看到，大多數情況R能用望遠鏡看到一顆子星。天文學家是怎樣深明一顆恆星是否有伴侶的呢？

問題的關鍵是引力，按照天體力學定律，雙星系統的成員都繞著它們的共同質心旋轉。天文學家能夠觀察到，一些鄰近太陽系的雙星，就像一對舞伴在跳著橢圓旋轉舞；而更常見的情況是，軌道運動的證實只能藉助非常精確的光譜學技術。

像太陽一樣，恆星的可見光是多種顏色光的混合，從長波長的紅光到短波長的紫光。攝譜儀是一種像稜鏡一樣能把恆星的可見光在螢幕上分解成不同顏色的儀器。恆星光譜呈現出逐漸變化的顏色，還有一些很窄的暗線，稱為吸收線，吸收線的存在表明該頻率上的光強度減弱了。這是怎麼造成的呢？

恆星的大氣是由氫、氦、碳、氧、鈣等等元素的原子組成的，每種原子都能吸收一定的特徵波長的光。更準確地說，戶子核外軌道上的電子能捕獲某些人射光子，從而獲得能量，跳躍到更高的能級上。從恆星的高溫核心出來的光只有在經過其大氣原子的“過濾”之後才能到達天文學家那裡，在一定波長上就有部分能量損失了。

可以在實驗室裡得出任何原子的“參考光譜”。在將恆星光譜與參考光譜比較時，吸收錢就成為一種訊號，可以顯示出恆星外層的化學成分，並能提供關於恆星表面溫度、尺度、內部光度等等的資訊。

有一類雙星，其中只有一顆子星能用望遠鏡看到，但這顆星光譜中的吸收線在一個平均位置附近週期性地振動。譜線的移動表明恆星在繞著一個看不見的伴星轉動，這就是所謂光譜雙星。

多普勒移動

由於光源相對於接收者的運動而使電磁頻率表現出移動，這就是多普勒效應（奧地利物理學家克里斯蒂安·多普勒（Chris－tian　DoPPler）於1842年發現了聲波的這種效應，而把它推廣到包括光波在內的則是法國物理