黑洞類型的基本描述——黑洞、類星體和活躍星系
黑洞是如此致密，質(zhì)量如此之大，以至于即使是光也無法逃脫它們的引力。
黑洞的存在已經(jīng)被理論化了 200 多年。直接觀察它們是不可能的，在哈勃到達之前，天文學(xué)家無法驗證他們的理論。
哈勃望遠(yuǎn)鏡的高分辨率使人們有可能看到其中一些物體的引力對其周圍環(huán)境的影響。哈勃還證明了超大質(zhì)量黑洞最有可能存在于大多數(shù)（如果不是全部）大型星系的中心。這對星系形成和演化的理論具有重要意義。
黑洞以不同的大小存在。當(dāng)非常大的恒星在其生命的盡頭爆炸為超新星時，形成了圍繞我們太陽質(zhì)量的恒星黑洞。當(dāng)外層被吹走時，恒星的核心坍塌，留下一個小但極其致密的球。
超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬倍，其起源更為神秘，位于星系中心。哈勃在超大質(zhì)量黑洞的研究中做出了最大的貢獻。
黑洞和類星體連接
在哈勃之前，類星體被認(rèn)為是具有神秘性質(zhì)的孤立的星狀物體。哈勃觀測到了幾個類星體，發(fā)現(xiàn)它們都位于銀河系中心。今天，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞是為類星體提供動力的“引擎”。
在哈勃發(fā)射之前，已經(jīng)研究了一些黑洞候選者，但地面天文學(xué)的局限性使得無法獲得它們存在的無可辯駁的證據(jù)。根據(jù)定義，黑洞本身是無法觀察到的，因為沒有光可以從它們中逸出。
然而，天文學(xué)家可以研究黑洞對其周圍環(huán)境的影響。其中包括強大的電子射流，它們可以傳播很遠(yuǎn)的距離，距離星系中心數(shù)千光年。
還可以看到墜入黑洞的物質(zhì)發(fā)出明亮的光，如果可以測量這種墜落物質(zhì)的速度，就可以確定黑洞本身的質(zhì)量。這不是一件容易的事，它需要哈勃望遠(yuǎn)鏡的非凡能力來進行這些復(fù)雜的測量。
哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測對于研究許多黑洞周圍的噴流和物質(zhì)盤至關(guān)重要。質(zhì)量的精確測量第一次成為可能。哈勃在一些星系的中心發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量是我們太陽的 30 億倍的黑洞。雖然這可能是意料之中的，但哈勃通過提供強有力的證據(jù)證明黑洞存在于所有大型星系甚至小型星系的中心，讓所有人感到驚訝。哈勃不僅設(shè)法觀察到由黑洞產(chǎn)生的噴流，而且還觀察到了圍繞超大質(zhì)量黑洞的發(fā)光物質(zhì)圓盤。
此外，似乎更大的星系是更大黑洞的宿主。必須有某種機制將星系的形成與其黑洞的形成聯(lián)系起來，反之亦然。這對星系形成和演化的理論具有深遠(yuǎn)的影響，并且是天文學(xué)研究的一個持續(xù)領(lǐng)域。
仍然存在的一個大問題是，為什么我們宇宙附近的大多數(shù)星系（包括銀河系）似乎都有一個休眠的黑洞，目前沒有大量物質(zhì)集中。
統(tǒng)一模型
今天，大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為，類星體、射電星系和所謂的活躍星系的中心只是對或多或少相同現(xiàn)象的不同看法：黑洞的兩側(cè)射出高能噴流。當(dāng)光束指向我們時，我們看到了類星體的明亮燈塔。當(dāng)系統(tǒng)的方向不同時，我們將其觀察為活動星系或射電星系。這種“統(tǒng)一模型”通過許多哈勃觀測計劃獲得了相當(dāng)大的支持。然而，簡單的早期想法已經(jīng)被對這一現(xiàn)象的更復(fù)雜的觀點所取代——這種觀點將在未來幾年繼續(xù)發(fā)展。
喂食時間！-活躍的銀河核 （“AGN”）
活動星系核 (AGN)
在一些星系中，觀察到中心區(qū)域的亮度超過了星系本身的數(shù)十億顆恒星。光譜不同于從恒星觀察到的光譜，并且觀察到發(fā)射在所有波長上都是明亮的。光度在非常短的時間尺度上變化，不到一天，這意味著中心區(qū)域的大小小于一光日（太陽到海王星距離的六倍）。物質(zhì)到能量的最有效轉(zhuǎn)換是黑洞的吸積，它的工作效率約為 10%，因此我們推斷它是導(dǎo)致發(fā)射的超大質(zhì)量黑洞 (Super Massive Black Hole，SMBH)。
高能量和無線電發(fā)射是直接的，來自黑洞本身周圍的中心區(qū)域。在光學(xué)和紅外波段，發(fā)射不是直接的——光已被吸收，然后被中央“引擎”周圍的氣體和塵埃云重新輻射（可能以新的波長）。
AGN 有一個完整的"動物園"（取決于它們的亮度），使用的分類方案是多年來建立起來的，因此有時會令人困惑。較低光度的活動星系核被稱為賽弗特星系（有兩種類型）和射電星系。更強大的活動星系核被稱為類星體（來自準(zhǔn)星體或 QSO，因為它們看起來像早期望遠(yuǎn)鏡中的恒星）、耀變體和 BL Lac's。并非所有的 AGN 都是強射電源，但很多都是強射電源，它們被發(fā)現(xiàn)是因為它們是射電明亮的物體，看起來像星星，但距離更遠(yuǎn)。由于它們非常明亮，以至于可以在整個宇宙中看到它們，它們是測量宇宙演化的有用宇宙學(xué)工具。
銀河系包含一個超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量約為 100 萬個太陽。然而，我們并不認(rèn)為它非常明亮——它不是一個活躍的銀河核。原因是它目前沒有增加任何東西。天文學(xué)家知道黑洞的存在是因為可以看到恒星以非?？斓乃俣葒@著一個不可見的質(zhì)量運行，這意味著它非常重。
大多數(shù)（約 90%）的 AGN 是不產(chǎn)生無線電干擾的，且許多被遮蔽。這意味著它們周圍有大量的氣體和灰塵，阻擋了它們發(fā)出的大量光。AGN 在非常短的時間尺度上是可變的，這意味著它們本身非常小，因為它們可以達到的最大尺寸受到光線穿過它們所花費的時間的限制。
活動星系核
許多星系都有非常明亮的原子核，如此明亮以至于中心區(qū)域可以比星系其它部分更亮。這些原子核被稱為活動星系核，簡稱AGN。AGN的大部分能量輸出是非熱（非恒星）類型的發(fā)射，許多AGN是X射線、無線電和紫外線輻射以及光學(xué)輻射的強發(fā)射器。AGN的亮度可以變化在短（幾小時或幾天）的時間尺度上。這意味著光或能量發(fā)射源的大小必須分別為光小時或光日，并提供有關(guān)能量機制的線索。
Carl Seyfert 發(fā)現(xiàn)了第一類AGN，現(xiàn)在以他的名字命名。Seyfert 星系的原子核顯示出發(fā)射線。1 型賽弗特星系既有窄的光譜發(fā)射線也有加寬的光譜發(fā)射線。粗線意味著非常接近原子核的氣體速度為 1000 – 5000 km/s。Seyfert 2 型星系只有狹窄的發(fā)射線（但仍比正常星系的發(fā)射線寬），這意味著氣體速度約為 500-1000 公里/秒。這些窄線是由于距原子核較遠(yuǎn)（比寬線云）的低密度氣體云。
后來，表現(xiàn)出中間特性的Seyfert 1型星系被劃分為亞類。例如，Seyfert 1.9 是 Seyfert 1，其中僅看到寬 Halpha (653 nm) 發(fā)射線，而 Seyfert 1.5 具有相似的寬和窄 Hbeta (486 nm)發(fā)射線分量。Seyfert 星系約占所有星系的 10%。
除了 Seyferts，其他星系也被歸類為AGN。這些包括射電星系、類星體、耀變體和LINER。
類星體是最明亮的活動星系核。類星體的光譜與 Seyferts 相似，只是恒星吸收特征較弱或不存在，并且窄發(fā)射線相對于 Seyferts 中所見的寬發(fā)射線較弱。
耀變體（Blazar）是一類AGN，它是無線電源，由光劇變體 (optically violent variables，OVV) 和 BL Lac天體組成。它們是高度可變的AGN，在其光譜中不顯示發(fā)射線。
BL Lac天體以 BL Lacertae 命名，該類原型是一個高度可變的AGN。它最初被認(rèn)為是一顆變星。
AGN被認(rèn)為是由位于中心的超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動的。所有AGN的中心區(qū)域被認(rèn)為是相似的，并由AGN的統(tǒng)一模型解釋。AGN屬性的變化被認(rèn)為與我們進入AGN中心區(qū)域的視線有關(guān)。
在統(tǒng)一模型中，AGN有一個中央超大質(zhì)量黑洞，周圍環(huán)繞著一個直徑約數(shù)光日的氣態(tài)吸積盤。
從AGN中心向外移動的快速移動氣體云存在于約 100 光日的距離處，被稱為“寬線區(qū)域”，該區(qū)域產(chǎn)生在某些AGN光譜中可見的寬發(fā)射線。
繼續(xù)向外，直徑約100光年，存在一個分子甜甜圈或較冷氣體的環(huán)面。它在光學(xué)上很厚，如果從邊緣看，會擋住吸積盤和寬線區(qū)域。
類星體/AGN連接
活躍星系是在其他典型星系的中心嵌入一個小的發(fā)射核心的星系。與銀河系的其他部分相比，這個核心通常變化很大并且非常明亮。
對于正常星系，我們認(rèn)為它們發(fā)出的總能量是星系中發(fā)現(xiàn)的每顆恒星發(fā)出的總能量，但在活躍的星系中，這不是真的?；钴S星系中發(fā)射的能量比應(yīng)有的要多得多，這種多余的能量存在于電磁光譜的紅外線、無線電、紫外線和 X 射線區(qū)域。活動星系（簡稱 AGN）發(fā)出的能量絕不是正常的。那么這些星系中發(fā)生了什么來產(chǎn)生如此高能的輸出呢？
大多數(shù)（如果不是全部）正常星系的中心都有一個超大質(zhì)量黑洞。在一個活躍的星系中，它的超大質(zhì)量黑洞正在從星系的密集中心區(qū)域吸積物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)落向黑洞時，角動量將導(dǎo)致它螺旋進入并形成一個圓盤。這個盤，稱為吸積盤，由于工作時的重力和摩擦力而升溫。
活躍星系的模型還包括一個冷氣體和塵埃區(qū)域，被認(rèn)為是一個巨大的甜甜圈形狀，黑洞和吸積盤坐落在甜甜圈的洞里。在大約十分之一的活動星系核中，黑洞和吸積盤產(chǎn)生狹窄的高能粒子束，并將它們以相反的方向向外噴射，遠(yuǎn)離吸積盤。這些噴流以接近光速的速度出現(xiàn)，成為強大的無線電波發(fā)射源。
