孤立的恒星级黑洞，对于热辐射形式的蒸发来说质量太大，对于使遥远恒星的光线
弯曲来说质量又太小，因而确是不可见的。
但是，黑洞从来就不是完全孤立的，它身居星际介质之中，吞噬周围的物质来喂养
自己，这样的黑洞总是会留下痕迹，被吞噬的物质在消失之前会发出电磁辐射。不过，
星际气体过于稀薄，产生的光度太弱，一个10M的黑洞在吸进周围气体时只能产生像一
颗孤立白矮星那样暗淡的光，最多只能在见光年的距离上被探测到。而即使在银河系里
有10亿个黑洞，最靠近地球的恐怕也在100光年以外。
那么，对希望探测黑洞的天文学家来说还留有什么余地吗？回答是双星系统。单个
恒星只是少数，作为恒星残骸的黑洞也是如此。许多黑洞应当是在双星系统之中，尽管
双星系统中的黑洞甚至比它的致密星兄弟，即白矮星和中子星更善于隐蔽，但毕竟有踪
迹可寻。到双星中寻找黑洞就成为过去20年中天体物理学家最富成果的途径之一。
共生的幽灵
不论是否有黑洞，双星很少能被同时看到，大多数情况R能用望远镜看到一颗子星。
天文学家是怎样深明一颗恒星是否有伴侣的呢？
问题的关键是引力，按照天体力学定律，双星系统的成员都绕着它们的共同质心旋
转。天文学家能够观察到，一些邻近太阳系的双星，就像一对舞伴在跳着椭圆旋转舞；
而更常见的情况是，轨道运动的证实只能借助非常精确的光谱学技术。
像太阳一样，恒星的可见光是多种颜色光的混合，从长波长的红光到短波长的紫光。
摄谱仪是一种像棱镜一样能把恒星的可见光在屏幕上分解成不同颜色的仪器。恒星光谱
呈现出逐渐变化的颜色，还有一些很窄的暗线，称为吸收线，吸收线的存在表明该频率
上的光强度减弱了。这是怎么造成的呢？
恒星的大气是由氢、氦、碳、氧、钙等等元素的原子组成的，每种原子都能吸收一
定的特征波长的光。更准确地说，户子核外轨道上的电子能捕获某些人射光子，从而获
得能量，跳跃到更高的能级上。从恒星的高温核心出来的光只有在经过其大气原子的
“过滤”之后才能到达天文学家那里，在一定波长上就有部分能量损失了。
可以在实验室里得出任何原子的“参考光谱”。在将恒星光谱与参考光谱比较时，
吸收钱就成为一种信号，可以显示出恒星外层的化学成分，并能提供关于恒星表面温度、
尺度、内部光度等等的信息。
有一类双星，其中只有一颗子星能用望远镜看到，但这颗星光谱中的吸收线在一个
平均位置附近周期性地振动。谱线的移动表明恒星在绕着一个看不见的伴星转动，这就
是所谓光谱双星。
多普勒移动
由于光源相对于接收者的运动而使电磁频率表现出移动，这就是多普勒效应（奥地
利物理学家克里斯蒂安·多普勒（Chris－tian DoPPler）于1842年发现了声波的这种
效应，而把它推广到包括光波在内的则是法国物理学家费兹奥（A．Fizeau）、当光源
趋近（远离）时，接收频率相对于发射频率增大（减小）；运动速度越大，频率移动也
越大（图57）。
有一个故事为多普勒效应作了有趣的阐述。一个司机因开车闯红灯被送上了法庭。
他非常聪明，解释说是因为汽车跑得很快，红光在他眼里成了绿光。法官的物理学也学
得不错，计算出来，要使红光由于多普勒效应变成绿光，那个司机必须把车子开到10万
公里／秒的速度。法官于是微笑着对司机说道：“我接受你的论证，你在超速行驶！”
多普勒效应也被警察应用于使司机们害怕的速度监测雷达，它在天文学上也有许多
有益的应用。天文学家有点像个听觉很灵敏的盲人，这种人听到救火车汽笛的声音就能
判断车子行驶的速度和方向。天文学家也通过使用摄谱仪“听”恒星的光而测量它们的
运动，这种方法对于在看不到伴星的情况下揭示恒星的双星性特别有用。
双星系统里可见子星围绕共同质心的轨道运动显然是这样表现出来的，即它交替地
趋近和远离观测者，而那颗不可见于星则正相反（除非是一种罕见的情况，即观测者视
线正好与双星轨道平面垂直），于是接收的辐射频率就必定在趋近阶段增大（变得“更
蓝”），在远离阶段减小（变得“更红”）。这种频率移动影响到整个光谱，吸收线也
就会全体地变红或变蓝，在两个极端位置之、间来回振荡（图58），这种现象就是光谱
双星的标志。
一旦天文学家肯定一颗恒星是在双星系统里，他们就会试图去发现那颗不可见星的
本质。一颗看不见的星不一定就是黑洞，甚至离黑洞还差得远，它可能是许许多多种质
量很小、亮度弱得不能看见的恒星之一。它之所以暗弱，或者是因为离得太远，或者是
因为被可见星的光芒所掩盖，就像一只萤火虫飞到一盏灯附近变得看不见了一样。
那颗暗星也可能是颗质量不很大的已经发生引力均缩的星。恒星的残骸有白矮星、
中子星和黑洞三种。黑洞的标记似乎只是质量，白矮星和中子星的质量不可能大于ZM。
或3M。但是，在试图证认双星系统中的黑洞时有许多易犯的错误。一个高温、明亮的大
质量星也可能会由于周围尘埃的遮掩而隐藏起来。举一个例子，御夫座埃泼西隆星是光
谱双星，其不可见子星的质量约为SMop远大于白矮星或中子星的允许质量，但是可见于
星每27年被掩食三次，每次的时间是2年。黑洞太小（半径为25公里），不可能造成这
样长时间的掩食，那颗不可见星正是颗被尘埃遮掩的大质量星。
幸运的是，黑洞探索者还能依据别的信号。双星系统中恒星的演化与单个星是不同
的，尤其是在其中一颗星已经发生引力坍绩的情况下。一个表面积很小的恒星残骸若是
处在孤立状态，那么在绝大部分时间里是不可见的（除射电脉冲星外）；但若是处在双
星系统中，情形就不相同。双星中的白矮星是激变变星和新星这样的激烈事件的发生场
