当一个黑洞作为恒星引力坍缩的结果而形成时，它所能具有的最大质量约为10倍于
太阳，但是，引力坍缩理论允许我们设想千倍、百万倍甚至几十亿倍太阳质量的黑洞
（见附录2）。什么过程能够产生出巨型黑洞呢？
已经知道三种这样的过程。第一种是已在第15章提到过的早期宇宙中团块的凝缩；
第二种是由于作为黑洞特征性质之一的质量不可逆增长的趋向（对现在的情况，微型黑
洞的量子蒸发当然完全可以忽略），条件是周围环境的物质足够丰富，因而一个由超新
星产生的初始质量为10M的“恒星级种子”能够长成巨型黑洞；第三种则是由恒星团的
引力坍缩而直接形成。
除了可能的原初起源之外，巨型黑洞的形成需要大量的以恒星或星际气体形式存在
的物质，还需要这些物质被限制在一个足够小的区域内，因而其演化过程是由引力支配
的。宇宙中物质在星系里的集中程度远胜于星系际空间（至少能发光物质是如此），而
星系内物质最集中的部分是其核心。假若有巨型黑洞，则星系核心是首先应该搜寻的去
处，且从我们的银河系开始吧。
银河系画像
啊，银河，
真像天国的河在缓缓流淌，又如美人的身体发着幽光。我是沿着你游向另一个世界，
还是只能空怀着爱意满腔？
——归劳默·阿波里纳瑞
银河系是一个直径10万光年，厚300光年的盘，正好与密纹唱片直径和厚度的比例
一样。银河系中心是一个大的隆起区，即所谓核球，盘和核球都被包在被称为曼的稀薄
得多的恒星球中（图65）。
银河系里大约有1000记颗恒星，大部分是在盘里。太阳的位置比较靠外，距离银河
系中心约3万光年。盘里除恒星外还有气体和尘埃。盘中物质的分布很不均匀，在旋臂
里比在别处密集得多，正是这些旋臂给出银河系的特征形状。
盘在不断地经受着动力学和化学的转变。旋臂在转动和变形，臂中巨大的氢分子云
里诞生出恒星；较大质量的恒星迅速地演化成为超新星爆发，并把复杂的化学元素散布
到周围空间，这些元素又被吸收到新一代恒星之中。与之相反，晕是寂静的，保持着星
系的原始风貌。晕中的气体已消散殆尽，只有可能是150亿年前与星系一同形成的老迈
恒星。所有的大质量恒星早已爆发，留下中于星，也许还有黑洞。中等质量的恒星已经
离开了主序阶段，其中一些已经变成白矮星；另外的正在经历着大动荡，那就是脉动的
红巨星，光度很大而又在起伏变化。最后，晕中还有许多低质量星，它们很节俭地使用
着自己的氢燃料，还将存活很长的时间。
曼的最重要特征不是居住其中的恒星的性质，而是恒星作为球状星团而聚集在一起
的方式。
球状星团
与所谓“开放”星团，即多见于盘中的由年轻恒星组成的松散群体不同，球状星团
在星系球中到处可见。每个球状星团含有数十万颗恒星，直径不足150光年，它们看上
去就像由引力所束缚住的固体球。最有名的一个球状星团是在武仙座，虽然整个地可用
肉眼看到，却要用强大的望远镜才能把那个明亮的球分解成单颗的恒星。这个星团中心
的恒星密度比我们太阳附近高2万倍。如果星团中心某颗恒星周围的行星上居住着天文
学家，那么他们所研究的天空真是妙不可言。那里可以说不知道什么夜晚，因为天空总
是比我们的满月时还要亮。那些天文学家对恒星有满腹学问，而对河外的星系却几乎一
无所知，因为星系微弱的光信号会被他们附近的恒星光所淹没。
这种在很小体积内聚集了众多恒星的星团之所以特别明亮，还由于它们包含有巨变
星。正因为明亮，它们还被用来确定银河系的边界（大多数其他星系里也有球状星团，
无论是什么类型的星系）。
球状星团的分市还使得天文学家能测定银河系的动力学中心。它们沿着根扁的椭圆
轨道运转，银河系中心就在一个焦点上。它们绕银心公转一周的时间大约是2亿年。由
于公转，就频繁地有球状星团穿过星系盘。每次穿过时，强大的潮汐力就会把星团边缘
那些束缚得不够紧的恒星剥掉。
正因为球状星团的致密，它们复杂的演化详情尚未被充分认识，现在还不知道其中
心是否有大黑洞作为恒星聚合的结果而形成。然而，它们演化的总轮廓仍可概述于下。
球状星团都有蒸发现象，正像恒星以热和光的形式辐射能量一样，星团也由于抛射
出整个的恒星而失去能量。原因相当简单：恒星在互相掠过时都获得加速，小质量恒星
的加速度比大质量恒星的高，其中一些的速度会高到足以挣脱星团的引力束缚。星系晕
可能就是球状星团的“蒸汽”。
作为补偿，剩下的大质量恒星就会互相靠拢，整个星团收缩，但星团与恒星是根本
不同的，恒星会开始热核反应来阻挡住引力收缩，从而稳定下来，而星团则会把收缩能
量又转变成动能，从而进一步增大恒星的速度，使得越来越多的恒星获得足够的能量逃
脱出去。蒸发和核心部分的收缩都在加快，也就是说星团是不稳定的。星团的这种蒸发
使人联想起微型黑洞，这并不奇怪，因为二者都有着纯引力系统的热力学性质（已在第
14章讲到），它们的温度都随着能量的丢失而升高（星团的温度可由恒星的平均骚动速
度来定义，正如气体的温度是联系着分子的平均骚动速度一样），星团的这种不稳定性
会导致其核心的引力坍缩，这被称为“引力热灾变”。
天体物理学家因而有理由设想，球状星团核心适合于质量为数百或数千M的大黑洞
形成，这种黑洞是中心引力饼底部的大质量恒星并合的结果。这个理论设想得到一些观
测证据的支持。如果球状星团中心有一个大黑洞，被吸进引力讲的恒星就必定会聚集在
被黑洞所束缚的轨道上，因而就会增强中心光度。有几个老龄球状星团的确呈现出这种
中心光度“尖峰”。另外，约有10个球状星团还是X射线源，与球状星团包含的恒星总
数相比，这就是一个相当大的比率。银河系里已知的明亮X射线源总共约有50个。银河
系的总质量是1000亿Mop 而所有球状星团的总质量只占其中的1／2000。如果球状星团
里X射线源的数量与恒星数量之比与银河系中一样，那么在任何一个球状星团中都难以
找到一个X射线源，而事实上却有10个，这表明球状星团是很有利于产生X射线源的场所。
X射线源通常联系着能捕获周围气体并加热到开氏几百万度的致密星，一个质量为1000M
的黑洞当然也可以吸取其周围恒星所丧失的气体并使之发出X射线。
但是，实际情况并不像乍看之下那样有利于黑洞。最近的观测和理论进展倾向于否
定球状星团中大黑洞的存在，理由如下：如果球状星团的动力学演化总是以大黑洞的形
成为终结，那么就应该有许多球状星团有中心光度峰，然而这种峰只在少数几个星团中
被观测到。于是就必定有一种机制能够打断星团核心的引力坍缩，使之稳定在一个“正
常”尺度上，这就是双星系统的形成。
这是一个很自然的解释，但我们还必须等待大型计算机的复杂数值计算，以证实小
空间内许多恒星的相遇的确有刮于双星系统的形成。按照天体力学，一旦球状星团中心
有一个大质量双星系统形成，任何一个太靠近该系统的恒星就会被引力反冲抛射到远处，
这就是“强求的”双星系统的形成能够中断星团核心收缩的基本道理。许多球状星团也
是X射线源这一事实是双星存在的另一证据。由于球状星团的X射线源并不比星系盘上的
源亮很多，也的确没有理由再去引入有别于密近双星系统里中子星或黑洞吸积气体的机
