黑洞-第32部分
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1000万M，这个星系有着型号挺好的中心发动机，不过没有运转。
梅西叶32是仙女座大星云的卫星系之一，是一个质量相差一百倍的矮椭圆星系，完全不活动，只不过是一群绕核心转动的高龄恒星的集合而已。气体和尘埃的缺乏使得可以很高精度观测其核心部分，并得以计算出恒星是在围绕一个500万M／wi的看不见的中心质量运转。这个矮星系的心脏和银河系的一般大。
由此可见，如果大多数星系的核心都有着巨型黑洞，那么它们活动的程度则取决于见光年半径内恒星和气体，也就是“燃料”的密度。梅西叶32虽有巨大的发动机却完全不活动，也就不足为怪，因为这个椭圆星系很小，包含的恒星不多，并且完全没有什么气体。梅西叶87是另一个极端，这个巨大的椭圆星系里可能有一个50亿M的黑洞。它的核心有一定的活动性，但比类星体要弱得多。按照它的光度来推算，每年只需有万分之一太阳质量的气体被吸入黑洞即可。这个数量的物质是很容易由黑洞附近的数百万颗恒星来提供的，因为恒星在其演化进程中丢失气体是一种正常现象。梅西叶87有可能是一个熄灭了的类星体，那个类星体的马力开得最足的时期大约是在10亿年前，那时尽管它距离地球有5000万光年之遥，亮度却与水星相当，因而应能在夜间用肉眼看到。
其他能源机制
探测到活动星系核中物质的高度聚集，还不是巨型黑洞存在的确定证据。原则上，其他两种天体也同样可以成为致密的和高效的发动机：极端密度的星团和单个的超大质量恒星。这些参与竞争的模型能经受得住更严格的考查吗？回答是否定的。
星团模型的基础是星团内异常的超新星爆发率。超新星作为大质量恒星热核演化的自然结果，在统计上是很稀少的：一个星系里每百年只有几个。但是，在很密集的星团里，超新星爆发的频率会由于恒星碰撞而增大。两颗恒星碰撞的结果，通常是并合成一颗大质量星，这颗星就会更快地朝着超新星状态演化。计算表明，在一个包含10亿颗恒星的密集星团里，恒星间的碰撞是如此频繁，可能形成的大质量恒星是如此之多，以至于每年可以有10次超新星爆发。
星团模型有三个主要问题，首先，它不能解释类星体和蝎虎型天体光度的巨大变化。相对于类星体的烈火来说，每个超新星爆发只是燃着一根火柴，为产生类星体的光变，必须有一千个超新星同时爆发。其次，星团不能产生出大尺度的稳定的宇宙喷流，因为它不能给定一个特别的方向来推斥物质。第三，也是最严重的反驳是，致密星团是极不稳定的。聚集在1光年半径内（这是由观测给出的限制）的10亿颗恒星的集团，只能维持100万年就会坍缩成为黑洞。这么多活动星系校要在这么一个短暂而特殊的演化阶段都被观测到，那可真是一个奇怪的巧合。奥克姆剃刀再次干预，排除了致密星团作为活动星系核能源机制的可能性。
超大质量恒星模型的遭遇也不见得好。恒星结构的理论已经说明了为什么观测不到质量超过100M的恒星。不过，天体物理学家仍在不断地推测10万到1亿M的超大质量恒星的存在。这种恒星的主要特征应当是极其明亮，但这也正是问题之所在：这种星只是一个巨大的光子球，而光子球并不是稳定的系统，即使这种星通过某种尚无人知晓的机制形成了，它们也必定很快就爆发或是坍缩。
由于此路不通，又有几个超大质量星的变种被发明出来，以期能维持巨大质量的稳定存在。一种叫做“巨转星”，就是快速转动的超大质量星，由离心力来维持平衡。还有所谓“巨磁星”，依靠巨大的内部磁压来稳定。这些猜想的星都像是放大的脉冲星，都有能为喷射物质提供特定方向（转动轴或磁轴方向）的优点。但是，广义相对论证明，它们本质上都是不稳定的，主要原因是引力波造成的能量损耗，而且，巨型脉冲星会产生周期性光变，而这从未在任何活动星系核中观测到。
总之，为解释星系核的活动，巨大的吸积着的黑洞是唯一能符合所有理论和观测要求的模型。这种黑洞的形成是由广义相对论预言的，而且已被确认是所有大质量天体引力坍缩的最后结果。黑洞是稳定的，能通过吸积物质而成为将引力势能转化为辐射的理想场所。最后，黑洞不仅能释放落向它的物质的能量，而且它自身也能提供巨大的转动能（见第11章）。由于转动轴能为喷射物质提供特许的方向，转动黑洞附近也能产生气体喷流，类似于恒星SS433，却是在大得多的尺度上（见图66）。
怎么吃
取10％的平均效率，则光度最小和最大的活动星系核需要消耗的气体分别是每年0．of 和100倍太阳质量。这些物质是如何被提供的呢？
在像银河系这样的旋涡星系里，恒星每年喷发出一个太阳质量的气体。难以理解的是。这些散布在10万光年直径的盘里的气体，怎么才能被引导到直径只有1光年的小小核心里？另一方面，有些椭圆星系虽然没有星际气体，却也有活动性，主要的表现就是发射出射电喷流。
因此必定存在一种更激进的机制，能在核心区域自身内产生出大量气体。既然气体是被包含在恒星里，黑洞要进食就得击碎恒星。
巨型黑洞完全能够吞噬整个的恒星。太阳同一个巨型黑洞相比，就像是砂粒之于足球，但是，这种吃法并不释放能量，恒星的所有能量都消失在黑洞之中，而黑洞只不过稍稍增大点质量而已。要使能量释放，恒星就必须在黑洞外面破碎，导致有些碎片能成为吸积盘的成分。
管星式恒星
在许多方面，沉浸在星团里的巨型黑洞，与被誉星“随从”所围绕着的太阳报相似。星团中的恒星就像一种能量储藏器，一般情况下离黑洞甚远，因而几乎不受中心引力场的影响。但是，一已有的恒星在黑洞附近掠过，就会受到加速而偏离原有的轨道，有时其中一颗星会直接落向黑洞。从这时起，这颗星的命运就完全由吸引它的引力饼和照射它的辐射场来控制。像靠近太阳的管星那样，这颗星也受到很强的辐射，辐射不是来自黑洞，而是来自其周围吸积盘的高温区域。恒星于是开始蒸发，逐渐脱去外层，直到露出热核反应的核心。如果这颗星并不过份靠近黑洞，它就还能沿抛物线轨道离开引力讲，不至被损坏得太严重，并且在几年后会返回到原先的位置，否则，这颗“香星式”恒星就会由于失去了太多的轨道能量而被黑洞束缚在一个椭圆轨道上，并且越来越向中心靠近，在每次经过“近心点”时都丢失一些气体。
但是，若星式恒星的蒸发只能为黑洞的食物供给作出很有限的贡献，星系核的活动要求黑洞消耗相当于整个恒星的气体。有两种情况能使恒星以适当的方式瓦解：一种是黑洞附近的两颗管星式恒星的碰撞；另一种是单个恒星被黑洞的潮汐力撕裂。
恒星碰撞
太阳系里两颗管星相撞的机会是微乎其微的，而在黑洞附近就不是如此。恒星之间碰撞的理论表明，两颗太阳类型恒星的低速（低于500公里／秒）碰撞是“软”碰撞，它们将粘结在一起，成为一颗大恒星。如果它们的速度大于500公里／秒，恒星就会被撞成碎片并散射开去。在星系盘甚至星团里，恒星的速度很少有超过200公里／秒的，然而，巨型黑洞的极深力洪能把附近恒星加速到每秒几千公里的速度。可以计算出，在一个10亿M黑洞周围10光年的范围内，香星式恒星的碰撞是毁坏性的，发生的频率为每年10次。碰撞的碎片成为气体云，在围绕黑洞的轨道上运转，填充着黑洞的“食品柜”。
不过，恒星间的碰撞看来只能作为那些含有很大黑洞的类星体的维持机制。对于那些其中黑洞较小、活动性也差些的星系核，恒星碰撞的频率就太低，以至于可能根本不起什么作用。
黑潮汐
巨型黑洞周围最惊心动魄的现象恐怕就是恒星被潮汐力所粉碎了。当一颗恒星在黑洞附近运动时，它靠近黑洞的一侧所受的引力比另一侧所受的要强，两侧受力之差就是由黑洞所施加的潮汐力（见“宇宙高尔夫球场”一节）。如果恒星运动的轨道近似是圆形的，潮汐力就总是很小，恒星能够调整其内部结构，成为朝向黑洞拉长的形状，以与外力相适应。但是，如果恒星是在黑洞引力场内的一个偏心轨道上运动，潮汐力就会随着它与黑洞距离的减小而迅速增大（在黑洞中心潮汐力成为无穷大，见“轻率的宇航员”一节），于是就会有这样一个位置，潮汐力达到与把恒星约束在一起的力一样大，恒星就再也不能调整其内部结构，而是开始急剧地变形，并被无可挽回地瓦解。
这种壮烈的事件只有当恒星行进到与黑洞的一个；临界距离以内时才会发生，这个距离称为洛希限度，因法国数学家洛希在1847年研究行星与其卫星之间的潮汐力问题而得名（络希的名字也被用于命名表征双星弓I力影响范围的“洛希瓣”，见图59有趣的是，一颗超过了洛希限度的恒星的破碎，就像它与另一颗相对速度超过500公里／秒的恒星相碰撞时一样容易。恒星一旦穿越洛希限度，它就像是与自己碰撞一样）。
洛希限度的大小主要取决于黑洞的质量，如果黑洞质量太大，即超过1亿M，黑洞半径（与质量成正比）就会比洛希限度大。这种情况下恒星只有在黑洞内部才会被潮汐力破碎，所有碎片自然也都在黑洞之内，天文学家也就什么都观测不到。对于质量较小的黑洞，恒星能在黑洞外被潮汐力摧毁。这就是为什么今天的大多数天体物理学家相信，赛弗特星系和那些几乎不活动的星系核里有着质量在11万到1亿Mpe间的黑洞，这些黑洞在吞食着由潮汐力撕裂的恒星碎片；而类星体和明亮的星系核里有着质量更大的黑洞，吸积原料则由恒星碰撞来提供。
“薄煎饼”
关于恒星被潮汐力变形和破碎的描述长期以来是以洛希对行星周围圆轨道上液体或固体卫星的研究为基础的。他证明，一个天体在另一个近邻大质量天体潮汐力作用下，会趋于在朝着后者的方向上伸长，而在垂直方向上收缩。这就是海洋面不仅在最靠近月亮处较高（那里受到的月亮引力最强），而且在正相反的位置上也较高的缘故（图67）。如果潮汐力相当大，如在一些很紧密地束缚着的双星系统的情况中，天体就会被拉成瘦长，像雪茄的形状。洛希限度就是这样一个距离，比它更近时变形会如此严重，以至于天体不再能稳定存在，而是开始破裂。
尽管以上所述对地球一月亮的情况是正确的，对黑洞一恒星系统却未必如此，因为天体的类型大不相同。布兰登·卡特和我本人几年前在默冬天文台决定重新考查这个问题，我们发现了未曾预期的现象，使得一些已被人们认可的关于天体被摧毁的概念受到了挑战。
黑洞一恒星系统与行星一卫星系统的差别主要是两点。第一，香星式恒星的轨道不是圆形的，而是拉得很扁的。一颗恒星要到达潮汐力具有破坏性的区域，它
