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假设地球、一个黑洞和一颗恒星碰巧排在一条直线上,按照广义相对论定律,黑洞附近的时空弯曲将使来自远处恒星的光在到达地球之前沿几条可能路径之一运动(图56)。于是,望远镜就必然会看到同一个光源的几个像:一个对应着弯曲最少的光线的“主”像,以及若干个对应着弯曲较严重的光线的“次”像。这种表观像相对于真实像的移动就叫做引力幻景。
有时在沙漠里可以见到的幻景是这样造成的:由沙里散发出的热使不同层次空气的温度得到不同的升高,因而不同气层就有不同的折射率,由沙所反射的光线就会沿不同的路径到达远处的旅行者,于是就会形成各种神秘的幻景,可以被看作是绿洲、城市或是海洋,完全取决于旅行者最想看到什么。
探测由宇宙空间的弯曲所造成的引力幻景无疑要困难得多,不妨先考虑一下银河系外的巨型黑洞的情况。远处的源,例如类星体或宇宙背景辐射(这种辐射的确是唯一的在天空中到处都存在的电磁辐射源),就可能会被黑洞的引力透镜效应所影响。
天文学家已经掌握了一批引力幻景给出类星体多重像的实例,但是,造成这些幻景的并不是巨型黑洞,而只不过是中介星系而已。所有的物质集结都能使时空连续体出现一定程度的弯曲,因而都能起引力透镜作用。大多数测量(像的分离等等)只能给出透镜的质量,所以如果透镜本身没有被探测到,当然就不可能说出那究竟是个巨型黑洞还是个暗弱的星系。
1985年,一对名为哈利德(Hazard)1146+lllB和C的类星体在天文界引起了轰动。它们的红移乍看起来是相同的,因而很像是同一个天体被一个插入透镜造成的双像。但是与其他引力幻景不同的是,哈利德1146+fll有着极大的角分离:2.6角分,比已知的其他多重类星体要大20倍。如果它们确是同一个天体的像,引力透镜的质量就得相当于几千个星系。
有三种类型的天体可以成为这种大质量的透镜:极密集的星系团,“超巨型”黑洞,以及“宇宙弦”。没有任何观测证据显示在这个方向上座落有星系团。“宇宙弦”是基本粒子理论家发明的一种优美构造,这是一种在宇宙的最初时刻形成的、很长而半径几乎为零的弦,能够输送引力能。但是.没有任何实验方案可以用于证实这种东西的存在,或是证实这个理论的合理。于是只剩下黑洞,它反而成了最少离奇性的解释。哈利德1146+111的情况所需要的黑洞质量在”2到10”M之间,而且只能是原初黑洞,这个巨大的质量远远超出黑洞学家的想象
但是在接受这种极端的解释之前,必须肯定哈札德1146+111的确是引力幻景。更精确的测量表明,它们的光谱并不一样,也就是说这两个像并不是源于同一个类星体,而是相互靠得很近的两个类星体。这是宇宙弦和超黑洞的梦的终结。这里细述这个故事,只是想说明科学研究中常有这种混乱。一个轰动性发现的宣布(并引起新闻媒介的注意),其背后常常只是对不精确的资料作了错误的解释,随后所作的更好的测量又把这个发现送回到“正常”的行列,从而再次证明简单性原理的中肯:最“经济”的即最“平凡”的(没有任何贬义)假设,几乎总是正确的。
在巨型黑洞之后,再来看看恒星级质量黑洞的情况(包括原初的和后来形成的)。这种黑洞的直径只有几公里,所以即使是处在我们银河系内并且近到只有几十光年的距离上,其视直径也会很小,以至与一颗更远处的恒星排成一线的可能性就微乎其微。即使这种排列真的发生,由黑洞质量所决定的恒星不同像之间的角分离,也会小得使目前和将来的望远镜无法分辨,那么就毫无希望了吗?不是。因为透镜(即使是微型的)效应,并不只限于造出多重像,而是还能使像的强度增大,使光谱变形。考虑我们银河系或邻近星系的晕里的一个微型透镜,它相对于遥远的(因而被看作是固定的)类星作背景就有很缓慢的运动,排列成线的可能性就不再是可忽略不计的了,引力幻景就会使类星体的光度和光谱出现短暂的变化。这个主意还挺不错,以至于有些学者把整个一类有活动核心的星系(见第对章)都解释为微型透镜的积累效应。几个深入细致的观测计划正在进行之中,其目的主要倒不是探测恒星级黑洞,而是要证实在星系晕里聚集着大量很小而暗弱的恒星。
暗物质
现代宇宙学尚未解决的问题之一是所谓下落不明的质量。对星系运动的观测表明,“可见”物质(无论是在光学、射电、红外或X射线波段可见)只占