黑洞吸积流：宇宙中最有效能量产生方式

1963年，荷兰天文学家施密特（Maarten Schmidt，1929——）确认，一个本来大家以为是恒星的天体3C 273，其实是个遥远星系（超过10亿光年远）的明亮核心，这类天体后来因此被称为“类星体”（quasar）。类星体那么遥远，却还是能被我们看到，这表示它必定能非常有效地产生辐射能量。

但是，什么样的系统可以提供这样的能量呢？天文学家多年后才了解到，原来类星体是离我们遥远的超大质量黑洞正在进行吸积过程的表现。物质被天体引力捕捉而逐渐往天体掉落的过程称为吸积（accretion）。在吸积过程中，物质因为本身携带有角动量，往往不会直接往天体掉落，而会绕着天体旋转，在形成所谓“吸积流”（accretion flow）的结构，并慢慢损失角动量后，才能掉到中央天体上。相较于其他不像黑洞那么致密的天体，黑洞的致密特性，能让物质在吸积过程中，有更多的引力位能可以转换成辐射的形式释放。这使得黑洞加上吸积流，成为目前已知宇宙中最有效产生能量的方式。

天文学家发现，尽管一般星系的辐射能量来源是由所有组成星系的恒星所贡献，但某些星系的主要能量来源集中在星系的核心部分，其光谱的能量特征也透露出这些能量并非由恒星而来。这类天体称为“活跃星系核”（Active galactic nuclei）。活跃星系核家族具有共同的特征：首先，其放出的能量足以匹敌，甚至超过星系中所有恒星加起来的能量输出；其次，由接近星系中心部分的气体运动方式可以推断，需要有大量的质量聚集在星系的中心。这种致密且能有效地释放能量的特征，让超大质量黑洞加上吸积流自然而然地成为目前对活跃星系核的主流解释。上述的类星体便是活跃星系核家族的成员之一。(www.xing528.com)

类星体距离我们遥远却又明亮的特性，不但可当作“背景光源”来研究介于类星体和地球间的物质特性，也提供了研究宇宙早期历史的宝贵机会。观测发现，当宇宙年龄约20亿岁时（宇宙至今年龄大约是137亿岁），类星体的存在远比目前要普遍许多，人称“类星体时代”（Quasar era）。类星体活跃的纪录，也就是一部大质量黑洞如何因为吸积物质而成长的历史。这关系到多少物质能被星系中心的大质量黑洞吸积，以作为类星体放出能量的“燃料”。当超大质量黑洞只有少量或不再有燃料供应时，那些在宇宙早期曾经是类星体的超大质量黑洞，会成为较不明亮或正在“冬眠”的黑洞，隐藏在较不明亮的活跃星系或一般星系的中心。