如果一颗恒星碰巧落到了巨型黑洞的洛希限度以内,其中心温度就会在0.l秒内升
至10亿度。就像导致超新星爆发的情况那样,热核链反应被大大加速了。在这个短暂的
加热时间里恒星中的氢并不能聚合,但那些原先处在呆滞状态的较重元素,如氦、氮和
氧,却能在瞬间转变成更重的元素,并释放出能量。恒星煎饼里发生了热核爆炸,成了
一种“偶然的超新星”。
这种爆炸的影响是深远的。一部分恒星碎片作为高温气体云块被吹离黑洞的控制范
围,并能携带所有与之碰撞的其他云块一起远去,其余碎片则迅速地落向黑洞,产生短
暂的辐射爆发。像超新星一样,恒星薄饼也是制造重元素的熔炉,然后又把这些元素遍
撒于星系之中。不过,计算表明,恒星饼所产生的重元素比例与超新星所产生的稍有不
同,因此在不久的将来就可能从靠近活动星系核心的云的辐射谱中探测这些元素,从而
为恒星被巨型黑洞所炸碎的过程提供直接证据。
超新星和恒星饼的热核爆炸的起因都是引力。对于超新星,恒星自身的引力场使它
不能保持稳定,通过核心的坍缩而引起爆发。对恒星饼来说,则是黑洞的引力场从外部
压缩恒星,并使它爆发。
这种由黑洞的极强引力导致恒星爆发的事件是罕见的。进入黑洞洛希限度的恒星数
目本身就很有限,在活动星系核里大约是每年1颗,而在银河系核心则是每1000年1颗,
而这些恒星中只有十分之一能足够地深入,以至于爆发。但是,潮汐力并不是制造恒星
饼的唯一手段。在10亿M的超大质量黑洞附近,高速飞行的恒星之间的迎头相撞是相当
常见的(大约每年10次)。这种相撞也可以形成暂现的恒星饼,因此,恒星饼爆发现象
可以在几乎不活动的星系和类星体中起同样重要的作用,区别只在于前者的中心黑洞质
量不很大,恒星饼是由潮汐效应制造;而后者有更大的黑洞,恒星饼是产生于恒星的碰
撞。
同类相食
知道了内燃机能提供动力并不等于懂得了汽车如何得以行进。虽然巨型黑洞作为活
动星系核中心发动机的模型是很有道理的,但我们仍须承认对活动过程的详情还所知甚
少,类星体仍然是宇宙中最神秘的现象之一。
对类星体的分布而不是单个类星体的观测,已经提供了关于它们的形成、熄灭以及
对母体星系生涯的影响等方面的大量信息。首先的问题是,是否所有星系在演化进程中
都会或早或迟地经过类星体阶段,而究竟又是什么条件造就了这种壮观的状态?学者们
的想法颇有些自相矛盾。类星体只是在非常遥远的星系里被观测到,也就是说是存在于
很久以前,那么它们就应当是属于星系演化的早期阶段;而另一方面,如果类星体所需
要的巨型黑洞是由恒星级别的种子发展而成的,就又意味着类星体是星系演化的晚期状
态,大多数星系尚未到达这个阶段。
如果所有星系都或迟或早地要经过活动阶段,观测到的类星体数量相对很少这一事
实表明,活动阶段是很短暂的,只能持续大约几万年的时间。但是关于延展的射电喷流
的观测看来又表明中心发动机的运转时间不可能如此之短,因为喷流就将无法准直地延
伸这么大的距离。然而类星体阶段又难以持续得更长,因为燃料供给问题无法解决。综
上所述,活动的类星体状态必须持续大约1亿年,而又只发生在能够短时期地具备特别
有利的条件的少数星系中。按照这个设想,类星体活动在黑洞一旦达到足够大的质量并
且可得到充分的气体和恒星“燃料”供给时就开始,并随着燃料供给降低到某一水准之
下而熄灭。这样看来,死亡的类星体应当比活跃着的更多(类星体都位于数10亿光年之
外,而其寿命只有约1亿年,因此所有现在观测到的类星体实际上都早已熄灭)。
只要重新供给食物,死亡的类星体可以复活。在核心区星团被耗尽之后,需要的是
从别处提供物质。星系的相遇是相当常见的事,尤其是在含有数百或数千个成员的星系
团里。最近的观测显示,许多类星体都与碰撞的星系有关联,星系内的活动可以由星系
之间的物质转移而激发,就像恒星X射线源的动力是来自对伴星物质的吸积一样。
还有一个事实已被注意到,就是在邻近星系中,那些成对或成群的比孤立存在的要
稍微活动一些。这个现象在拥有大量成员的星系团的中心尤为明显。那里有着比“正常”
星系大100倍的“超巨型”椭圆星系,那些星系的射电辐射特别强,并且周围有一群卫
星系在朝着它们下落。这种超巨星系因而就会通过同类相食,即吞噬邻近的较小星系而
变得更大。可以合理地设想,许多被捕获的星系中心有着大黑洞,于是那贪吃的星系里
可能就有着多重核心,即包含着多个黑洞,那些黑洞会相互扰乱周围物质的分布,从而
使吸积率增大。事实上在巨型射电星系里确已观测到几个活动中心。然而,一群黑洞注
定最终要并合成单个巨型黑洞,其表面积大于并合前各个黑洞的表面积之和,于是在遥
远的将来总有那么一天,黑洞吃光了食物,活动星系也就沉寂下来。
而现在,如果黑洞确是类星体的发动机,我们就得到这样一个看似奇怪的结论:黑
洞本身是肉眼所完全不可见的,但若它恰当地被恒星的气体所围绕,就会成为宇宙中最
明亮的光源。
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黑洞