的黑洞。它的核心有一定的活動性,但比類星體要弱得多。按照它的光度來推算,每年只需有萬分之一太陽質量的氣體被吸入黑洞即可。這個數量的物質是很容易由黑洞附近的數百萬顆恆星來提供的,因為恆星在其演化程序中丟失氣體是一種正常現象。梅西葉87有可能是一個熄滅了的類星體,那個類星體的馬力開得最足的時期大約是在10億年前,那時儘管它距離地球有5000萬光年之遙,亮度卻與水星相當,因而應能在夜間用肉眼看到。
其他能源機制
探測到活動星系核中物質的高度聚集,還不是巨型黑洞存在的確定證據。原則上,其他兩種天體也同樣可以成為緻密的和高效的發動機:極端密度的星團和單個的超大質量恆星。這些參與競爭的模型能經受得住更嚴格的考查嗎?回答是否定的。
星團模型的基礎是星團內異常的超新星爆發率。超新星作為大質量恆星熱核演化的自然結果,在統計上是很稀少的:一個星系裡每百年只有幾個。但是,在很密集的星團裡,超新星爆發的頻率會由於恆星碰撞而增大。兩顆恆星碰撞的結果,通常是併合成一顆大質量星,這顆星就會更快地朝著超新星狀態演化。計算表明,在一個包含10億顆恆星的密集星團裡,恆星間的碰撞是如此頻繁,可能形成的大質量恆星是如此之多,以至於每年可以有10次超新星爆發。
星團模型有三個主要問題,首先,它不能解釋類星體和蠍虎型天體光度的巨大變化。相對於類星體的烈火來說,每個超新星爆發只是燃著一根火柴,為產生類星體的光變,必須有一千個超新星同時爆發。其次,星團不能產生出大尺度的穩定的宇宙噴流,因為它不能給定一個特別的方向來推斥物質。第三,也是最嚴重的反駁是,緻密星團是極不穩定的。聚集在1光年半徑內(這是由觀測給出的限制)的10億顆恆星的集團,只能維持100萬年就會坍縮成為黑洞。這麼多活動星系校要在這麼一個短暫而特殊的演化階段都被觀測到,那可真是一個奇怪的巧合。奧克姆剃刀再次干預,排除了緻密星團作為活動星系核能源機制的可能性。
超大質量恆星模型的遭遇也不見得好。恆星結構的理論已經說明了為什麼觀測不到質量超過100M的恆星。不過,天體物理學家仍在不斷地推測10萬到1億M的超大質量恆星的存在。這種恆星的主要特徵應當是極其明亮,但這也正是問題之所在:這種星只是一個巨大的光子球,而光子球並不是穩定的系統,即使這種星透過某種尚無人知曉的機制形成了,它們也必定很快就爆發或是坍縮。
由於此路不通,又有幾個超大質量星的變種被髮明出來,以期能維持巨大質量的穩定存在。一種叫做“巨轉星”,就是快速轉動的超大質量星,由離心力來維持平衡。還有所謂“巨磁星”,依靠巨大的內部磁壓來穩定。這些猜想的星都像是放大的脈衝星,都有能為噴射物質提供特定方向(轉動軸或磁軸方向)的優點。但是,廣義相對論證明,它們本質上都是不穩定的,主要原因是引力波造成的能量損耗,而且,巨型脈衝星會產生週期性光變,而這從未在任何活動星系核中觀測到。
總之,為解釋星系核的活動,巨大的吸積著的黑洞是唯一能符合所有理論和觀測要求的模型。這種黑洞的形成是由廣義相對論預言的,而且已被確認是所有大質量天體引力坍縮的最後結果。黑洞是穩定的,能透過吸積物質而成為將引力勢能轉化為輻射的理想場所。最後,黑洞不僅能釋放落向它的物質的能量,而且它自身也能提供巨大的轉動能(見第11章)。由於轉動軸能為噴射物質提供特許的方向,轉動黑洞附近也能產生氣體噴流,類似於恆星SS433,卻是在大得多的尺度上(見圖66)。
怎麼吃
取10%的平均效率,則光度最小和最大的活動星系核需要消耗的氣體分別是每年0.of 和100倍太陽質量。這些物質是如何被提供的呢?
在像銀河系這樣的旋渦星系裡,恆星每年噴發出一個太陽質量的氣體。難以理解的是。這些散佈在10萬光年直徑的盤裡的氣體,怎麼才能被引導到直徑只有1光年的小小核心裡?另一方面,有些橢圓星系雖然沒有星際氣體,卻也有活動性,主要的表現就是發射出射電噴流。
因此必定存在一種更激進的機制,能在核心區域自身內產生出大量氣體。既然氣體是被包含在恆星裡,黑洞要進食就得擊碎恆星。
巨型黑洞完全能夠吞噬整個的恆星。太陽同一個巨型黑洞相比,就像是砂粒之於足球,但是,這種吃法並不釋放能量,恆星的所有能