巨黑洞可能激發類星體和射電星系的想法，是薩爾皮特和澤爾多維奇1964年（也就是黃金年代開始那年）提出來的。21他們曾發現落向黑洞的氣流會碰撞而產生輻射（見圖8.4），這個想法顯然是那發現的一個結果。
關於氣流向黑洞下落的更完整和實在的描述，是劍橋的英國天文學家林登-貝爾（Donald Lynden-Bell）1969年提出的。22他令人信服地證明了，氣流碰撞後將結合在一起，在離心力作用下圍繞黑洞螺旋式下落，在旋轉中形成一個盤狀物，就像圍繞土星的環——林登-貝爾稱它為吸積盤，因為氣體是被吸到黑洞上去的。（圖8.7右圖是藝術家心目中的一個吸積盤，圍繞著天鵝X-1中的一個小黑洞。）在吸積盤中，相鄰氣流會相互摩擦，強烈的摩擦會將盤加熱到很高的溫度。
80年代，天體物理學家認識到，3C273中心那個1光月左右大的明亮發光天體可能就是林登-貝爾說的那種摩擦生熱的吸積盤。
我們通常認為，摩擦是很不起眼的熱源。想想靠兩根棍兒的摩擦來點火的可憐童子軍吧！不過，童子軍的肌肉力量太小了，而吸積盤的摩擦靠的是引力的能量。由於引力能很大，遠大於核能，所以摩擦很容易把盤加熱，使它比大多數明亮星系還亮100倍。
黑洞怎麼像陀螺呢？1975年，耶魯大學的巴丁（James Bardeen）和彼德森（Jacobus Petterson）找到了答案：23黑洞如果快速旋轉，就完全像一隻陀螺。它的旋轉方向總是嚴格固定不變的，旋轉在黑洞周圍產生的空間漩渦（圖7.7）也總是指著相同的方向。巴丁和彼德森通過數學計算證明，黑洞附近的空間漩渦一定把握著吸積盤的內部，使它嚴格保持在黑洞的赤道平面——不論盤的指向與黑洞方向相差多遠，都是如此（圖9.6）。來自星際空間的氣體被盤的遙遠外部捕獲時，可能會改變那裡盤的指向，但由於黑洞的陀螺行為，它不可能改變黑洞附近的吸積盤方向。在黑洞附近，吸積盤總在赤道面上。
沒有愛因斯坦場方程的克爾解，天體物理學家就不會認識這種陀螺行為，也不可能解釋類星體。有了克爾解，他們在70年代中期就得到了一個清晰而優美的解釋。黑洞不再是「空間的一個洞」，它作為一個動態物體的概念，第一次成為解釋天文學家觀測現象的重要角色。
巨黑洞附近的空間漩渦有多大？換句話說，巨黑洞旋轉有多快？巴丁也導出了答案。他從數學上證明，從吸積盤落進黑洞的氣體會逐漸使黑洞越轉越快。黑洞在吞沒了足夠的螺旋氣體而使自身質量加倍時，將以近乎最大可能的速率旋轉——離心力的作用不允許超過這個速率（第7章）。24因此，巨黑洞通常應該有一個最大旋轉速度。
圖9.6 旋轉黑洞產生周圍的空間漩渦，漩渦使吸積盤內部保持在黑洞的赤道面上。
黑洞和它的吸積盤怎麼會產生兩股在相對方向上的噴流呢？這太容易了。70年代中期，劍橋大學的布蘭福德、裡斯和林登-貝爾就知道，有四種可能產生噴流的途徑，每一種都能做到這一點。
第一種：布蘭福德和裡斯認識到，25吸積盤周圍可能是冷氣體雲（圖9.7（a））。吹開吸積盤上下表面的風（類似於吹開太陽表面的風）可以在冷氣雲中生成熱氣泡。然後，熱氣體在冷雲的上下表面鑽孔，並從孔洞流出去。從這些孔洞流出來的熱氣體，像從花園裡的澆水龍頭流出的水一樣，形成細細的噴流。噴流的方向依賴於孔洞的位置。假如冷氣雲也以黑洞的軸旋轉，那麼最可能的位置就是沿著轉軸，也就是垂直於吸積盤的內部——這些位置的孔洞產生的噴流，就將固定在黑洞的陀螺旋轉的方向上。
第二種：因為吸積盤很熱，所以內部壓力很高；而這個壓力可能使盤膨脹，變得很厚（圖9.7（b））。林登-貝爾指出，26在這種情況下，吸積盤氣體的軌道運動的離心力，將在盤的頂部和底部面上生成漩渦式的漏斗，這些漏斗很像浴缸裡的水從排水孔螺旋流出時形成的漩渦。黑洞像排出孔，而盤的氣體就像水。由於氣體的摩擦，漩渦狀漏斗的表面也會很熱，形成吹散自己的風，漏斗則將風匯聚成噴流。噴流方向與漏斗的一樣，而漏斗牢牢地固定在黑洞陀螺的旋轉軸上。
第三種：布蘭福德發現，27處在吸積盤上和延伸到盤外的磁力線都會因盤的轉動而被迫一圈圈地旋轉（圖9.7（c））。旋轉的磁力線表現出向外和向上（或者向外和向下）的螺旋形狀。電力將把熱氣體（等離子體）束縛在力線上；等離子體可以沿著力線滑動，但不能穿越。力線旋轉時，離心力會將等離子體沿著力線拋出去，形成兩股磁化噴流，一股向上，一股向下。這樣，噴流仍然還是在黑洞的旋轉方向上。
第四種噴流產生方式比其他幾種更有意思，需要多說幾句。在這種方式裡，黑洞像圖9.7（d）那樣被磁力線穿過，它旋轉時，也拖著磁力線轉圈，使它們向上、下拋出等離子體，同第三種方法一樣，形成兩股噴流。噴流沿黑洞轉軸射出來，所以它們的方向與黑洞陀螺是一樣的。這種方式是布蘭福德剛獲劍橋博士學位後與另一個研究生茨納耶克（Roman Znajek）想到的，於是被稱為布蘭福德-茨納耶克過程。28
布蘭福德-茨納耶克過程特別有意思的地方在於，流入噴流的能量來自黑洞巨大的旋轉能。（這應該是顯然的，因為正是黑洞的旋轉引起空間漩渦，正是空間漩渦引起磁力線旋轉，正是磁力線旋轉將等離子體拋出去。）
在布蘭福德-茨納耶克過程中，黑洞的視界怎麼可能被磁力線穿過呢？這樣的力線本應是一種「毛」，可以轉化為電磁輻射而消失，所以，根據普賴斯定理（第7章），它們是必然會輻射掉的。事實上，普賴斯定理只有在黑洞遠離其他物體而單獨存在時才是正確的。我們現在討論的黑洞並不孤立，在它周圍還有吸積盤。假如那些磁力線突然脫離黑洞，那麼從它北半球出去的和從它南半球出去的線實際上是互為延伸的同一條線，它們脫離黑洞的惟一途徑是穿過吸積盤外部的熱氣體。但熱氣體不會讓它們過去，而是將它們擠進吸積盤內部的空間區域。因為這個區域大部分被黑洞佔據著，所以被困的磁力線穿過了黑洞。
圖9.7 黑洞和吸積盤激起兩股噴流的四種方法。（a）吸積盤的風在周圍旋轉的氣雲中吹出一個氣泡，氣泡的熱氣體沿旋轉軸在氣雲中鑽孔，噴流從孔洞中射出。（b）吸積盤因內部巨大的熱壓力而膨脹，膨脹後的旋轉盤形成兩個漏斗，吸積盤的風經過漏斗而成為噴流。（c）束縛在吸積盤上的磁力線被盤的旋轉帶動，磁力線旋轉時，將等離子體向上下拋出去，等離子體沿力線滑動而形成兩股磁化噴流。（d）穿過黑洞的磁力線因黑洞空間的漩渦而被迫旋轉，它們在旋轉時向上下拋出的等離子體形成兩股磁化噴流。
這些磁力線從哪兒來？來自吸積盤。宇宙中所有氣體都是磁化的，或至少有一點磁化，吸積盤的氣體也不例外。1吸積盤氣體一點點落入黑洞時，也將磁力線帶進去了。在接近黑洞時，每一點氣體從磁力線「滑」下去，穿過視界，而將力線留在視界外面，像圖9.7（d）畫的那樣穿過視界。現在，這些被周圍的吸積盤嚴格束縛著的穿過視界的磁力線，就可以照布蘭福德-茨納耶克過程提取黑洞的旋轉能了。
所有這四種產生噴流的方式（氣體雲中的孔洞，漏斗裡的風，吸積盤內漩渦式的磁力線和布蘭福德-茨納耶克過程），也許在類星體、在射電星系以及在某些其他類型星系的特殊核心（我們稱這些核心是活動星系核），都不同程度地發揮著作用。
如果說類星體和射電星系的能源都來自相同類型的黑洞發動機，29它們為什麼又顯得那麼不同呢？為什麼類星體的光來自大小約1光月左右的強烈發光的恆星類天體，而射電星系的光來自大小約100 000光年的銀河系那樣的恆星集合？
幾乎可以肯定，類星體與射電星系沒有多大差別。類星體的中央發動機周圍也存在著一個100 000光年的恆星系。不過，在類星體中，中央黑洞以特別高的效率通過吸積氣體而增加燃料（圖9.8），相應地，吸積盤內的摩擦熱也很高。這麼巨大的熱量使吸積盤比周圍星系的所有恆星加起來還亮幾百到幾千倍。天文學家看到了光亮的吸積盤，卻沒看到星系的恆星，所以這個天體看起來是「quasi-stellar」（也就是，像恆星那樣的，像一個小小的強光點）2，而不像一個星系。
圖9.8 我們現在所能理解的類星體和射電星系的結構。這個以所有觀測數據為基礎的具體模型是加州理工學院的芬尼（Phinney，E.Sterl）和其他人提出的。
吸積盤最深處很熱，發X射線；靠外一點兒，吸積盤冷一些，發紫外輻射；再外就更冷，發光學輻射（可見光）；而在最外的區域，就冷卻到只能發紅外輻射了。發光區域的正常大小是1光年左右，不過在有些情況（如3C273）下，它可能只有1光月或更小，因此也可能在1個月那麼短的週期內改變光度。從最內的區域流出的大量X射線和紫外線落到離吸積盤幾光年遠的氣體雲上，將它們加熱；正是這些被加熱的雲發出的光譜線，讓我們第一次發現了類星體。有些（但不是所有的）類星體會出現吹散吸積盤的磁化風，這些風很強，足以產生射電的噴流。
與類星體相比，射電星系中央的吸積盤大概更安靜一些，安靜的意思是吸積盤內的摩擦很小，於是熱量小，發光本領低，所以吸積盤遠沒有星系的其他部分亮。這樣，天文學家通過光學望遠鏡只看到了星系，沒看到吸積盤。不過，吸積盤、旋轉黑洞和穿過黑洞的磁力線也許會像圖9.7（d）（布蘭福德-茨納耶克過程）那樣共同產生強烈的噴流，噴流從星系流出來，進入星系際空間，在那裡將能量傳給星系的巨大射電葉。
這些以黑洞為基礎的關於類星體和射電星系的解釋是很成功的，人們不禁會說，它們一定是正確的，而星系的噴流一定就是那個向我們叫喊「我來自黑洞」的惟一信號！不過，天體物理學家還是真夠謹慎的，他們更相信鐵一般的事實。而所有這些射電星系和類星體的觀測性質都可能有另一種不需要黑洞發動機的解釋：那可能是一顆比太陽重幾百萬或幾十億倍的超大質量的磁化的快速旋轉的恆星——這種恆星，天文學家從未見過，但從理論上看，它可以在星系中央形成。這樣的超大質量恆星的行為很像一個黑洞的吸積盤，它通過收縮（但不能收縮到臨界周長以下）可以釋放大量的引力能；引力能通過摩擦為恆星加熱，使它像吸積盤那樣發亮；束縛在恆星的磁力線可以旋轉，以噴流形式將等離子體拋出去。
某些射電星系和類星體的能源可能就來自這種超大質量恆星。但是，物理學定律認為，這樣的恆星會逐漸縮小，並在接近臨界周長時發生坍縮而形成黑洞。恆星在坍縮之前的總壽命會遠小於宇宙的年齡。這意味著，雖然最年輕的射電星系和類星體可能以超大質量恆星為能源，但更老的能源，幾乎肯定來自巨黑洞——幾乎肯定，但不是絕對肯定。這些論證還沒成為鐵的事實。
巨黑洞多嗎？在80年代，逐漸積累的證據表明，這樣的黑洞不僅存在於大多數類星體和射電星系，也存在於很多大的正常（不射電的）星系，如銀河系和仙女座，甚至還存在於某些小的星系核中，如仙女座的矮伴星M32。在正常星系（銀河系、仙女座、M32）中，黑洞周圍可能沒有吸積盤，或者只有很薄的盤，只能流出很少的能量。
我們銀河系裡這種黑洞的證據（如1993年的）是很誘人的，但還遠沒有證實。30關鍵的一點證據來自星系中心附近氣體雲的軌道運動。伯克利加利福尼亞大學的湯斯（Charles Townes）和他的同事們發現，氣體雲在繞著一個約300萬個太陽質量的天體轉動；射電觀測表明，在這個中心天體位置上有一個很特別的但不太強的射電源——這個射電源驚人地小，還沒有我們的太陽系大。不過，這正是我們希望的一個安靜的只有薄吸積盤的300萬個太陽質量的黑洞應該具有的觀測性質，但它們也容易用別的辦法來解釋。3
巨大黑洞可能存在而且存在於星系的中心，這令天文學家感到非常驚奇。不過，現在想來，我們還是容易理解，這樣的黑洞怎麼能在星系的中心形成。
在任何星系裡，當兩顆恆星互相經過時，引力會使彼此偏轉，脫離原來路徑的方向。（NASA的飛船在遇到木星那樣的行星時，也會因為這個作用而改變軌道。）由於這個過程，通常有一顆恆星會偏向星系中心，而另一顆會偏離中心。過程累積的結果是，星系中的某些恆星被驅到星系中心。同樣，以後會發現，星系內星際氣體的摩擦效應，最終會使大量氣體落入星系中心。
隨著越來越多的氣體和恆星匯聚到中心，它們形成的集團的引力也會越來越強。最後，集團引力將超過它的內部壓力，坍縮形成一個巨大的黑洞。另一種可能是，集團內的大質量恆星坍縮形成一些小黑洞，這些小黑洞相互碰撞，也與恆星和氣體碰撞，從而形成更大的黑洞，最終形成一個統治中心的巨大黑洞。通過估計坍縮、碰撞和聯合等過程所需要的時間，我們可以合理（儘管還不能令人信服）地認為，大多數星系在很久以前就在它們的中心生成了巨黑洞。
假如不是天文觀測令人強烈感到星系的中心存在著巨黑洞，天體物理學家可能在90年代的今天也不會預言它的存在。不過，觀測的確令人想到巨黑洞，天體物理學家也很容易讓自己適應這種想法。從這一點可以看到，對星系中心真正發生了什麼事情，我們的認識是多麼貧乏。
未來會怎樣呢？我們需要擔心銀河系裡的巨黑洞會吞噬地球嗎？看幾個數字，我們就可以放心了。我們星系中央的黑洞質量（如果確實存在的話）是太陽的300萬倍，於是有5 000萬千米或200光秒的周長——大約是地球繞太陽的軌道周長的十分之一，同銀河系本身的大小相比，這是很小的。我們的地球跟著太陽一起在一個20萬光年周長的軌道上繞著星系中心轉動——那比黑洞的周長大300億倍。假如這個黑洞最終會吞噬銀河系的大部分物質，它的周長也只能擴張到1光年左右，我們的軌道周長還比它大20萬倍。
當然，在1018年裡——這是我們的中央黑洞吞噬大部分星系物質所需要的時間（比宇宙現在的年齡還大1億倍），地球和太陽的軌道也許會發生根本的改變。我們不可能預知這些改變的細節，因為我們不能充分地知道在這1018年裡太陽和地球可能遇到的其他恆星的位置和運動情況。這樣，我們不可能預知太陽和地球最終是會落入星系中央的黑洞，還是會被拋出銀河系。然而我們可以相信，即使地球最終會被吞噬，那也是在大約未來的1018年——在那遙遠的日子來臨前，幾乎可以肯定會有別的災難同時降臨地球和人類。4
[1] 由於星際和星體的氣體運動，宇宙在時刻不斷地產生磁場；磁場一旦產生，就很難消失。星際氣體匯聚到吸積盤時，將自身的磁場也帶來了。
[2] 「類星體」（quasar）就是「類似於星體的天體」（quasi-stellar）的簡稱。
[3] A.Eckart和R.Genzel近年通過對銀河系中心0.3光年內的星體三維速度的研究，證明了銀河系中心有一個250萬個太陽質量的黑洞。——譯者
[4] 作者似乎忘了，太陽系的（當然也包括地球的）壽命大約是100億年，而現在已經過了46億年，即使沒有「天外來禍」，再過50億年，太陽系自己就可能發生「根本的改變」。——譯者