►图3：引力透镜原理示意图。远处星系的光线经过前景星系团引力场的偏折，最终到达达地球。图片来源：NASA/ESA
►图4：背景蓝色星系的光被前景红色星系的引力场扭曲，形成环状的像，称为“爱因斯坦环”。这是“强引力透镜”效应的一个精彩例子。图片来源： ESA/Hubble & NASA
但是，在图4所展示的这种强引力透镜效应中，扭曲星光的引力场来自光路上大量暗物质形成的团块，其尺寸比整个星系还要大。这团暗物质晕的基本构成是什么？是黑洞还是某种未知的基本粒子？强引力透镜效应无法回答。
实际上，我们更想看到前景中的单个黑洞对背景星光的偏折。然而，单个黑洞周围引力场的强度和尺寸，与整个星系的暗物质晕相比，无异于沧海一粟，这样浅小的引力场对背景星光的偏折，自然极其微弱。要想探测到这样微弱的效应，还需要两个巧妙的招数。
第一个招数背后的想法很简单：凸透镜能够会聚光线，像点因之而变亮。同理，前景中的引力透镜虽然小，但也会略略增强背景星光的亮度。因此，通过监视星光的亮度，可以间接探测这些“小透镜”。你或许马上会怀疑：我们如何知道望远镜中背景星光的亮度经过了前景引力场的放大呢？自然，这无法从单张照片中看出。
要回答这个问题，需要第二个招数：前景中充当透镜的黑洞，在引力场中往来穿梭，飘忽不定。在远处星光奔向地球的跑道上，如果某时恰有一颗黑洞穿过，望远镜中星光的亮度就会突然增大。而当黑洞飞走后，星光的亮度又复原如初。想象玻璃窗上划过的一滴水珠：假如你只盯着玻璃上一个固定的位置看，而水滴在某刻恰好从此划过，你看到的亮度就会在这一瞬间发生变化（图5）。
►图5：玻璃上的水滴，仿佛透镜，在扭曲光线的同时，改变了像平面上各点的亮度。
因此，监视远方星光的亮度随时间的短时间变化，可用来捕捉前景中的小黑洞。这种效应称作微引力透镜（gravitational microlensing），因为透镜对背景星光的劈裂只有微角秒的量级。微引力透镜是寻找前景中暗弱天体的利器，天文学家不仅用它来捕捉黑洞，也用它搜寻各种矮星、中子星，甚至行星。
►图6：微引力透镜事件OGLE-1999-BUL-32光变曲线：横轴为时间，纵轴为流量变化。一般微引力透镜引起的光变长达1个月左右，而该事件长达数年，所以是一个黑洞候选体[iii]。
简单的计算表明，微引力透镜效应中，成像亮度变化的时间范围正比于黑洞质量的平方根。因此，要搜寻更大更重的黑洞，就需要对背景星光作更长时间的监测；而欲分辨轻小黑洞的身影，就需要足够快的“快门”。自然，望远镜的观测时间不可任意长、而单张照片的曝光时间不能任意短。所以，我们通过微引力透镜所能监视的黑洞质量，也有一定的范围。
幸而，通过多个天文观测项目多管齐下，我们已能用微引力透镜监测质量范围很宽的黑洞，从太阳质量的十万亿分之一（即百万亿吨）到数百倍。各种天文观测项目，包括MACHO、EROS、OGLE等，迄今收集到了若干微引力透镜事例。然而，要辨认出哪些事例来自前景的黑洞，而不是其它类型的天体，仍是很有挑战的问题。
即使如此，微引力透镜已为暗物质黑洞提供了重要限制。设若所有的暗物质黑洞都有相同的质量，目前的微引力透镜结果表明，在其能够监测的质量范围内，黑洞至多只占所有暗物质的百分之一到十分之一左右。
天罗地网大搜捕用引力透镜密切监视暗物质黑洞的行踪之余，物理学家还在想方设法直接“捕捉”。
漫布于空中的各种天体，仿佛一张大网，为我们守株待兔。通常，可见的天体都浸没在巨大的暗物质晕中，因而有相当的几率与暗物质相遇。设若暗物质由基本粒子构成，如物理学家研究很多的弱作用重粒子（WIMP）、或者质量更轻的轴子（axion），它们就很暗，而且还透明。当它们穿过我们的身体时也完全无法被觉察。反之，如果暗物质是黑洞，它们就会更“危险”。
幸而，由于暗物质黑洞比基本粒子重得多，它们在我们周围的分布也必然稀疏得多，因为我们大体知道周遭暗物质的质量密度。不过，像中子星、白矮星、或者处于暗物质晕中的双星系统，就可能在其漫长的生命历程中撞见黑洞，继而被黑洞摧毁。
比如，当小黑洞穿过白矮星时，其巨大的动能将有小部分通过引力作用转化为白矮星物质的热动能，继而启动白矮星内的核反应并将其整体引爆。再如，当小黑洞撞向并穿越更为致密的中子星时，会损失更多的动能，并最终落入中子星中，从而迅速将后者吞噬。因此，我们观察到不少白矮星和中子星的事实，本身就意味着宇宙中不能有太多这样的小黑洞。
另一方面，如果黑洞足够大，就能高效地吸附并加热近旁的气体。这些热气体既能改变微波背景辐射的功率谱，也能发出X射线。因此，对微波背景和X射线的观测可以有效地搜寻超大质量黑洞。大质量黑洞如何吸积气体，在理论上仍是困难的问题，目前使用的理论模型还有若干值得推敲之处。但即使考虑进这些不确定因素，我们目前也相当确定，暗物质不可能完全由百倍太阳质量以上的黑洞构成。
上文介绍的各种探寻暗物质黑洞的方法，都依赖电磁波信号。黑洞本身几乎不发光，所以这些观测都只是间接的手段。LIGO在2015年首次直接探测到引力波，开启了引力波天文学的新时代，从而也提供了搜寻暗物质黑洞的全新途径。
实际上，LIGO在2015首次观测到的引力波信号，就来自两个黑洞的碰撞。其中，每个黑洞的质量都在太阳的30倍上下，显著重于以往探测到的所有恒星级黑洞。尽管恒星演化等天文学过程并非不能造就这样重的黑洞，这个结果还是激起了很多物理学家的好奇心：它们会不会就是构成暗物质的原初黑洞呢？
LIGO探测到的这类黑洞究竟来自原初涨落还是恒星演化，今后或许可以通过测量更多引力波事例的参数分布来回答。无论答案如何，LIGO目前的结果都已能够有效地限制黑洞占暗物质的比例。道理很简单：从已知的暗物质总量和大尺度分布，可以推测出暗物质黑洞两两合并的效率。
研究发现，如果所有的暗物质都是几十倍于太阳质量的黑洞，那么LIGO所探测到的引力波事例数应该远远超过实际结果。LIGO并没有探测到如此多的引力波事例，本身就意味着暗物质不会完全由数十倍于太阳质量的黑洞构成。
当然，这在目前还是相当初步的结果。要作出更精确的限制，还需要更多的引力波事例和更好的理论模型。随着引力波探测项目的不断推进，我们对暗物质黑洞的理解在可见的未来会有相当快速的进展，究竟有多少黑洞藏身于暗物质的神秘领地？黑暗宇宙中还有怎样的奇伟瑰怪、非常之观？分晓或许就在眼前。
