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当物质密度达到每立方米1000亿亿千克（原子核密度的20倍）就能产生太阳那样大的质量的黑洞。产生10亿个太阳质量的黑洞只要求密度达到每立方米10千克，这要比水的密度还小100倍！
所以活动星系核的最佳模型是，巨大质量黑洞围绕着一个向内汇集物质的旋转着的吸积盘。吸引来的物质可能是来自星际环境的气体和尘埃，也可能来自整个的恒星！吸积盘中的物质在向内旋进的过程中运动得越来越快。在摩擦把动能转化成热能的过程中物质变得更热。对吸积盘内边缘处的气体所施加的力非常大。除了向外的热流压力和十分强大的辐射压力之外，还有一个非常强大的离心力作用在急速自转的物质上。因为有了这许多因素，黑洞不会吞进所有的物质。事实上，对某些物质来说，阻力最小的路径既不是向内进入黑洞，也不是向外待在吸积盘平面中，而是这些物质以接近光速的巨大速度，在垂直于吸积盘的两个相反方向上，以喷流的方式射出。
我们从类星体和活动星系中看到的，就是这种发出大量射电辐射的相对论性喷流。天文学家们认为，除了高速粒子，喷流也发射快速运动磁场。这些场和粒子结合，经由同步加速器过程，产生射电发射。高能带电粒子（主要是电子）在环绕磁力线作螺旋运动中失去能量，主要转化成无线电波。由于喷流速度极高，而且保持着紧紧的束缚状态，所以能从星系核一直延伸到几千光年。喷流中缠搅在一起的磁场结构随着核心喷射出越来越多物质而不停地变化。另一方面，似乎沿喷流在很远处都可以形成半永久性节点，或形成磁场聚集。激波也从剧烈活动的核心不断地沿喷流运动。天文学家认为，当激波在磁场中碰到节点时，波前携带的高能粒子与磁场节点相互作用就产生出非常强大的同步加速器辐射。我们在双射电源中就见到从喷流的瓣中发出这种辐射。
最近，一位名叫P·巴特（Peter Barthel）的荷兰天体物理学家，在统一不同种类的活动星系方面提出一个人们乐于接受的理论。巴特认为，类星体与活动星系都需要有超大质量黑洞和吸积盘提供特种能源。他于是提出，类星体与其他各种活动星系实际上都是同一种类型天体。把它们分成不同种类只不过由于观看它们的视角不同！按照标准理论，中心黑洞吸积着大质量旋转盘和向外射出一对高能喷流。如果该天体在天空的方位处在我们差不多从边缘方向看见吸积盘的情况下，就会对两个喷流中的节点占有很好的视角。天文学家就把这个天体分在双射电源类。另外，巴特争辩说，如果碰巧喷流指向接近我们的方向，我们就完全看见另一种不同的情景。这时从喷流发出的总量极大的辐射，直冲向我们，特别显著的明亮和恒星状特性就显出类星体的模样。巴特的模型极具感染力。它满足科学奋斗任务的伟大目标之一，即通过统一概念和理论的寻求将纷繁复杂的大自然简单化。尽管巴特的模型尚处于萌芽时期，至今还没有人认真反对。
活动星系和大质量黑洞或许就是使最高能宇宙射线获得能量被加速的最初地点。本书稍后将论述到，这些天体几乎是惟一能把质子加速到超过50焦尔能量的天体。这样巨大的能量要比束缚在地球上的粒子加速器给予质子的能量大1亿倍。最高能宇宙射线一经产生，就洞穿星系际空间。惟一障碍是微波背景辐射的光子。同大爆炸的这些纤弱遗迹碰撞，虽然剥夺掉宇宙射线的一些能量，但是却为我们提供了某些有关宇宙射线起源的宝贵线索。
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□ ＇澳＇罗杰·柯莱等/著 车宝印/译
第四章 恒星及其结局
现在让我们向着附近环境的更远处探索。我们银河系包含着许多对高能物理观察相当重要的天体。本书中即将涉及的许多高能现象源于比太阳质量更大的恒星在死亡线上的挣扎。天文学家认为所有恒星都产生在稀薄气体云和尘埃因引力而导致坍缩这一方式下。不过，恒星的初始质量大小却是影响它如何演化、存留多久及其死亡结局的主要特性。巨大质量恒星会以激变的超新星爆发形式而终止其一生，身后留下一颗引人注目的中子星（或许是黑洞），并且不断显现出高能物理学前沿上见到的许多现象。
恒星的诞生
对于气体和尘埃缓慢自转的球体所形成的恒星，已提出一个共同的恒星诞生图像。但过程的细节尚不清楚，特别是还没有提出坍缩的稍后阶段关于行星形成的清晰理论。然而，随着巨大红外望远镜的出现使得这些过程的研究变得比较容易了，因为它能深入地看到我们银河系的朦胧部分，那里是气体和尘埃密集的区域，包含着恒星的孕育场所。那里的主要气体——氢的密度是每立方厘米约100个原子，这比星系中氢的平均密度大100倍。氢存在于巨大的云中，同尘埃和其他气体共同形成早期几代恒星。或许是由特别致密的区域播下种子，气体尘埃云在引力作用下经过坍缩而产生了称作原恒星的气体自转球体。
原恒星不会立刻变得看起来行为像太阳那样。它还不能通过核聚变产生能量，而是开始得到热能。这时气体加热是通过开尔文亥姆霍兹收缩过程进行的。就像给自行车轮胎打气时，增加胎内气压伴随着轮胎被加热一样，随着气体的坍缩原恒星的温度将持续增高。
20世纪20年代，有两位英国天文学家，A·埃丁顿（Arthur Eddington）和R·阿特金森（Robert Atkinson），他们认识到，如果原恒星中心核的密度和温度爬升到足够高的水平，将能使得两个氢原子核相碰撞的力量大到产生核反应。所需温度是超过摄氏1000万度。氢原子（由一个质子和一个绕其旋转的电子构成）在这样的温度下电子被剥离。极高温度所导致的结果是使质子获得了高速度，能以充分强大的力量克服两个荷正电粒子间极强的电斥力而相互碰撞。碰撞的结果是产生如下核反应，即沿着包括另外的碰撞在内的三步过程产生一个氦核。爱因斯坦相对论可以说明该过程中释放出能量的道理。由于氦原子核的质量与形成氦核的四个质子的质量之间有微小的差别，这部分质量就转化成能量释放出来。
恒星的中年
开始核聚变标志着从原恒星过渡到恒星。我们太阳的这一过渡发生在45亿年前，至今仍在消耗着氢的巨大贮藏。太阳的输出功率超过1026瓦，这相当于每秒钟耗去约100万吨的氢。这就使我们确信太阳当今的质量竟有2000亿亿亿吨。天文学家认为，太阳在进入下一个演化阶段之前，还能像今天这样继续供给氢的消耗，坚持另一个50亿年。我们只好寄希望于到那时我们人类的后代已经完善了星际旅行的科学！当太阳核心的氢燃料接近耗尽之时，就意味着太阳系全部生命的末日来临之日。
恒星的聚合过程锻造出许多日常生活中熟悉的元素。这种熔炉确实是这许多种元素惟一的来源。大爆炸理论告诉我们，宇宙诞生初始时，只创造出最轻的元素——氢与氦。那些参与形成地球、大气和我们身体的较重元素，是后来称作超新星的激变恒星爆发期间在星体内部形成的。这类爆发在星系周围贡献出新形成的物质，不断地以重元素丰富着星系介质。还是老话说得对，无疑我们人类是由恒星尘灰做成的。
恒星的质量越大，其核心的氢燃料消耗得越快。这是因为这些大质量恒星的中心压力（从而还有温度）极高，致使核聚变反应更加急速。在它们核心处的氢最后耗尽时，首先进入恒星演化的第二个阶段，变成红巨星。在这个新的阶段，恒星的核心由氢聚变的产物——氦组成。氦又是另一不同聚变反应的燃料，反应后形成碳和氧，并继续释放出大量的能量。然而，这种反应需具备更高的核心温度，这个条件直到氢聚变的末尾才会出现。恒星由氢供给燃料过渡到由氦供给燃料的转变时间极短，氢一经耗尽氦核反应立即开始。随之，这颗恒星的外貌显著改变。
恒星的老年——红巨星
自从这颗恒星通过聚合反应开始产生能量时起，直到这次过渡之前，恒星一直处于平衡运行活动中。巨大的向内引力由恒星核熔炉处施放的向外热压所平衡。然而，当恒星耗尽其氢燃料的供应时，则平衡消失，引力不受阻地使恒星坍缩。幸运的是，坍缩不会造成灾�