1 引言

类星体的发现是20世纪60年代天文学四大发现之一[1]。虽然类星体的发现大大促进了人们对宇宙演化的了解，但人们对类星体的极高光度、遥远距离、巨大红移、超高能量、很宽谱线等诸多特征感到困惑不解[2]。直到20世纪90年代中期，随着天文学的飞速发展和观测技术的大幅度提高，类星体的谜团才被逐渐揭开。通过对类星体影像的解析，科学家证实了类星体实际是一类活动星系核，在星系核心存在一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观测者，就能观测到类星体，否则就难以发现类星体。虽然活动星系核的发现给类星体的研究带来了一次飞跃，但它离类星体的彻底揭秘相距甚远：(1)一些研究显示‌活动星系核的巨大能量可能来自星系碰撞，‌但其具体细节和物理机制仍然是一个谜；(2)维持活动星系核的核活动需要大量的燃料，但这些燃料的来源及供给机制仍然是一个谜；(3)类星体的亮度能在几天时间内发生剧烈变化，造成这种变化的物理机制仍然是一个谜[3]。幸而，作者近来研究并提出了星系的形成与演进新理论，可用来揭示类星体的形成过程及其本质特征，很容易地解决上述问题。

2 星系的形成与演进新理论

 2.1 行星系统的形成与演化

如同太阳系的形成过程，一个恒星通常可以衍生多个环绕的行星，其中有些行星又能衍生一些环绕的卫星，从而形成一个恒星带行星的系统[4]。但是在原恒星衍生其子行星之前，其原恒星表面温度很低，特别是两极的温度常常低于冰的熔点，因此大量的水分子被吸附在原恒星极地，形成厚厚的冰盖。原恒星两极地表在冰融水的长期侵蚀下破裂，出现连通地幔的裂缝或溶洞。当大量的冰水渗入地幔与灼热的岩浆相遇时，就会产生巨大的爆炸压力，引起剧烈的火山喷发。在一些猛烈的火山喷发过程中，有些诸如火山灰、火山弹和浮石之类的碎屑在巨大的岩浆喷射力的推动下可获得第一宇宙速度而进入绕原恒星运行的轨道，最终凝聚成环绕原恒星运行且跨越两极的卫星。当原恒星演变成恒星时这些卫星就变成了行星。由此可见，恒星一般具有几个跨越两极的行星，如太阳的木星、土星、天王星和海王星。

由于恒星质量巨大，其周围环绕着一层厚厚的大气层。在恒星快速自转的过程中，在其两极可形成一些快速旋转的大气涡旋。在行星绕恒星公转的过程中，跨越两极的行星能够牵引巨大的云团经过极地大气涡旋的顶部，当这种云团被卷入恒星极涡时就会被大大压缩，但恒星角动量保持不变，这就会使恒星自转加快，从而使行星渐渐地远离恒星。

随着行星渐渐地远离父恒星，父恒星对行星的万有引力逐渐变小，使行星的自转速度增加，卫星绕行星的公转速度也相应增加，最终使卫星远离行星。若行星质量相当大则它具有浓厚的大气层，在这种行星快速自转的过程中，其两极也会产生大气涡旋。当跨越两极的卫星绕其父行星旋转时，它就会牵引云团经过行星的极涡顶部，一旦这种云团被卷入行星的极涡就会被压缩，从而使行星体积变小，但保持行星角动量不变，这就会使行星自转加速，从而使卫星渐渐地远离行星。

2.2 恒星的形成与演化  

（1）恒星的伊始—新星（new star）

恒星的形成一般要经历由卫星到行星再到恒星的过程。原恒星从一个体积和质量均很小的卫星演化成地球大小的行星后，产生了它的一些卫星，但它仍然环绕着父星旋转，不断地吸积轨道附近的星际物质而逐渐变大，并在星子撞击或自转逐渐加速的父星的万有引力带动下渐渐地远离父星[5]。后来它还可能遇到一些通过变轨从后面追赶上来的小行星的撞击，使它成长为木星大小的巨星[6]。由于这种巨星的质量很大，能吸引各种气体分子，形成浓密大气层，并且在自转的过程中可形成强大的极涡，其中还能形成强大的螺旋电流，从而产生强大的偶极磁场,如图1所示。

图1美国宇航局通过哈勃太空望远镜捕捉到的木星北极涡旋中的螺旋电流

尽管木星的质量很大，足以吸引住其大气层中的氢气，使得木星中氢元素的质量比可达75%，和太阳中氢元素的质量比相当，但木星上缺少氧化剂，不能直接燃烧。根据专家估算，仅当一个巨星的质量达到木星质量的70～80倍，亦即太阳质量的7～8%以上，它才有足够的引力、压强和温度，使氢元素间发生聚变反应而形成恒星。事实上，原恒星正是在绕父星旋转的过程中，不断地吸积轨道附近的星际物质而使自身质量逐渐长大，最终演变成可引爆的巨星。

在原恒星快速自转的过程中，两极可形成强大的大气涡旋，简称为“极涡”，如图2所示。这种极涡可以不停地吸收周围空间中的氢气和其他星云物质到原恒星上来，也可以向外喷出一些物质。另外，这种极涡的中心深度可达到十几万公里以上，直径为几千到几万公里。由于被原恒星极涡卷入的云团沿着漫长的螺旋路径下沉，在下沉过程中会变得越来越快和越来越冷，到了涡旋底部气流速度比地球上12级台风的速度还要快几十倍，云团早已凝结成冰雹，所以原恒星涡旋中的气温比起周围的气温要低得多。因此，在原恒星演变成发光发热的恒星之后，从远处看这种大气涡旋就像一个个小小的黑子。

图2原恒星上的大气涡旋                         图3原恒星上的大气涡旋磁场

由于有源源不断的云气被卷入极涡并以螺旋方式向下快速旋转，因此可形成一系列厚实的螺旋云带。在这种等离子体云带中，获得电子的负离子比失去电子的正离子重，便向下移动甚至流落到涡旋底部，较轻的正离子则向上移动甚至上移到涡旋顶部，从而在螺旋云带中形成了从涡旋底部流向涡旋顶部的电流。另外，随着大量云团沿螺旋云路快速下沉，云团之间的碰撞频繁发生，云碰撞时能将电流送到涡旋顶部或底部。但由于螺旋云带中已形成从涡旋底部流向涡旋顶部的电流，因此螺旋云带中占主导的电流是从涡旋底部流向涡旋顶部的电流，从而可产生强大的偶极磁场，如图3所示。

另外，由于原恒星的极涡涵盖广阔深邃的大气空间，因此可以卷入大量的云团。这些云团在下沉过程中被逐渐压缩，变得越来越厚重、质量越来越大，云团在经过漫长的螺旋路径时容易发生剧烈的摩擦和碰撞，频繁地产生强烈的雷电，使周围空气温度迅速上升至几万度，大气压力也上升到百万大气压，因此涡旋中的许多气态氢转变为液态金属氢。这种液态金属氢和液态氢混合在一起，在沿螺旋路径快速下沉的过程中被逐渐冷却，到了涡旋底部时便凝结成一系列巨大晶体，其中包含固态金属氢和固态氢。例如，2019年5月23日天文学家纳西姆·哈拉明在SOHO卫星（日光层探测器）传回的照片中发现了一个白色不明物体从太阳的北极黑子区域中飞出来，这个晶体状物体的体积和地球差不多大小，如图4所示。

图4 巨大晶体从太阳北极黑子区域中飞射出来

已知木星内部温度达到3万度，内部压强在4000万个大气压以上，而即将成为恒星的褐矮星的体积和质量和太阳的体积和质量相当，其体积和质量都是木星体积和质量的1000倍以上，因此这种褐矮星的内部温度能达到3000万度（>1500万度），内部压强应该在400亿个大气压以上。当褐矮星的大气涡旋中有巨大的金属氢晶体相撞时，能使附近的压强增加上十倍，超过3000亿个大气压， 因此可在气旋中点燃氢聚变成氦的热核反应，并引起气旋旁边的一系列热核反应：

发生热核反应时，在短时间内释放大量能量，引起金属氢的剧烈爆炸，产生各种电磁辐射。金属氢晶体的剧烈爆炸还会产生射向四周的着火碎片，使黑子旁边突然出现迅速增强的亮斑，这就是所谓的恒星耀斑。因此耀斑表征着恒星热核反应的爆发，期间发生的剧烈爆炸可能会改变黑子气旋的结构或使黑子气旋收缩衰退。

一般恒星黑子的形成和消失只能经历几天到几个月，而且一个黑子气旋所能吸引氢气的范围也是有限的，超出其引力作用范围的氢气是不能被吸入气旋的，所以如果在前导黑子气旋衰退之后没有后继黑子气旋接替工作，恒星上的热核反应就会停止。幸而恒星有多个能绕其快速旋转的行星，当它们靠近太阳两极的黑子气旋时就能通过万有引力的作用，使两极黑子气旋倾斜、拉伸、剪切或破裂，甚至拖出一些子气旋，将它们散布到太阳的各处。当一个子气旋吸收了足够的气流成为又长又大且耐高温的气旋时，便从高层垂落到低层，成为成熟壮大的黑子。通过这种方式可以生成一系列遍布恒星的黑子气旋，接续前导黑子的热核反应。

表1列出了太阳系主要行星对太阳表面物体引力之比及其公转周期，从中可见木星对太阳表面物体引力最强，其次是地球、水星、金星和火星，但水星是公转速度最快的行星。

表1 太阳系主要行星对太阳表面物体引力之比及其公转周期

由上表可见，木星对于太阳南北两极的大气涡旋影响最大。随着太阳的快速自转及其行星绕太阳的公转，太阳的黑子可被木星、地球、金星、火星等从高纬度散布到低纬度乃至全球，然后，由靠近太阳且公转速度较快的的水星等牵引星云物质给轨道附近的黑子气旋，为黑子气旋中的热核反应添加燃料，使黑子气旋中的热核反应得以继续，如图5所示。这就是恒星的主序阶段，持续时间比较长。

图 5 太阳系中八大行星的轨道

（2）中年恒星—红巨星 (red super giant)

  恒星在绕星系中心旋转的过程中不断地吸积轨道附近的气体和尘埃及其他星际物质，这些被捕获的物质很难逃脱恒星浓密大气层的包围。许多轻元素经过恒星的热核反应聚变成重元素。所以经过长期的演变，恒星的质量大大增加，甚至达到几倍太阳的质量。

尽管星系结构长期稳定，但是从天文学的时间尺度来看，星系之间的碰撞时有发生。比如，木星在围绕太阳旋转的过程中不断地吸收轨道附近的“星云”物质而变得越来越大，但水星处于太阳强烈照射的酷热环境中，其质量几乎不会增大。另外，随着木星自转速度的增加，木星的卫星可以一定的速度远离木星且其质量逐渐增大。当木星演变为恒星时，有些木星卫星的质量可以达到甚至超过水星的质量，而且其直径大于水星的直径。当这样的木星卫星趋向太阳时就可能与一些太阳系内行星发生碰撞，如图6所示，使这些内行星坠落到太阳上；特别地，当木星卫星到达水星的轨道时，由于水星绕太阳运行的轨道呈花瓣形，如图7所示，因此木星卫星就很可能与水星发生碰撞，且发生碰撞时就足以把水星撞落到太阳上，最终被太阳的烈火吞没。当如太阳这样的恒星吞没了一些内层行星之后，恒星质量显著增加，恒星大气层也大大增厚，恒星内部温度大大升高，并释放巨大能量，使恒星趋于膨胀。在恒星的内层行星被吞没之后，由于没有靠近恒星的内层行星来为黑子气旋添加燃料，因此恒星无法吸收足够的氢元素来维持恒星内部的氢聚合反应，打破了核聚变辐射压与自身收缩引力的平衡，于是内部氦核收缩并变热，氢外壳向外膨胀并冷却。随着内部氦核的收缩，其自转加速，氢外壳受到离心力的作用而向外漂移，使恒星迅速膨胀为红巨星[7]。这个过程可能持续数十万年，氦聚变的最终结果是在中心形成一颗白矮星。

图6 木星卫星S与太阳系内行星P发生碰撞         图7 水星绕太阳运行的花瓣形轨道

（3） 晚年恒星—白矮星

当红巨星燃烧完内层行星之后，由于没有内层行星来为黑子气旋添加燃料，因此恒星无法吸收足够的氢元素来维持恒星内部的氢聚合反应，其内部温度逐渐降低，就会打破核聚变辐射压与自身收缩引力的平衡，导致内部氦核收缩并变热，最终内核温度将超过一亿度，于是又开始氦聚变。但当氦核燃烧殆尽时，恒星中心引力就不能被氢或氦聚合产生的辐射压平衡，恒星内部便发生收缩，直到恒星中心引力被恒星中心的电子简并压平衡，收缩才停止，形成一个白矮星，如图8所示。由于白矮星体积很小，又缺乏为黑子气旋添加燃料的内层行星，因此白矮星上可产生热核反应的气旋比主序星上少得多。另外，随着体积的缩小，其周围大气层的密度大大增加，因此白矮星的亮度降低，变暗发白[8]。特别地，当红巨星吞没了所有可为黑子气旋添加燃料的行星之后它就会收缩成只有两端才有发光气旋的“黑矮星”。当黑矮星自转轴两端的气旋不对着地球时，人们几乎看不到黑矮星发出的光，此时人们误以为它是真正不发光的矮星。但由于收缩后的恒星仍然不停地自转，且自转轴两端的气旋肯定会发光，因此绝对不发光的黑矮星是不存在的。

图 8  一个白矮星及其大气层

（4）死而复活—超新星

由于黑矮星是在主序星吞并了可为黑子气旋添加燃料的行星之后收缩而成的恒星，因此其体积大大缩小，自转速度大大加快，除了恒星两极之外不存在活动闪光的气旋，即使有零星的气旋散落在两极之外，也会因为恒星的自转速度太快而被狂风吹散。因此，当黑矮星的两极气旋不对着地球时，人们几乎看不到黑矮星发出的光。但任何一个黑矮星都是星系结构中的一员，它会随着星系的转动周而复始地出现，比如每隔几十年或几百年露一次面，而且仅当其某极气旋正对着地球人时才能被观察到，所以这种恒星的出现常使人感到突然，被称为“超新星”。

事实上，超新星并不是新生的星，也不是垂死恒星的辉煌“赞礼”。这是因为黑矮星是在主序星吞并了可为黑子气旋添加燃料的行星之后形成的恒星，其质量比原主序星的质量有显著增加，其大气层也有显著增厚，但其体积大大缩小，自转速度大大加快，因而其两极气旋大大增强。这种极地气旋可从深广的大气空间中不断卷入大量厚重的云团，这些云团经过漫长的螺旋路径，到了气旋底部被压缩成巨大的金属氢和固态氢晶体。当这种晶体撞击恒星表面时就会引起猛烈的爆炸，放射出巨大的能量，闪耀出明亮的光芒，使很暗或根本看不见的恒星一下子变为异常明亮的超新星。但随着气旋周围氢元素的消耗和恒星离地球的渐渐远去，这颗“超新星”又会渐渐暗下来，最终悄然离去。但随着星系的旋转，经过几十几年或几百年之后它又会周而复始地出现。例如，iPTF14hls是一颗不寻常的超新星，它连续喷发了三年（截至2017年），如图9所示，它之前曾在1954年喷发过[9]。因此，在恒星演化过程中会出现无数次超新星爆发。超新星爆发会使恒星的部分表面物质以高速度飞射出去，然后使恒星的表面层融化并收缩成一个薄薄的洋葱层。

图 9  超新星iPTF14hls

（5）恒星演化的后期—中子星

   在一个主序星演变成白矮星之后，其质量比主序星的质量有显著增加，其大气层也显著增厚，但其体积大大缩小，甚至比月球还小，因而其自转速度大大加快，两极气旋大大增强。在白矮星围绕其星系中心旋转的过程中，它凭借其强大的极地气旋不停地吸收轨道附近的气体、尘埃和其他星际物质，使其质量不断增加，万有引力不断增强，极地气旋的卷入力和磁场引力都不断增强。因此，伴随着白矮星的自转，其两极气旋能卷入大量云团，这些云团到了气旋底部能被压缩成巨大的金属氢晶体，当这种巨大的金属氢晶体猛烈撞击恒星表面时，不仅会对恒星表面直接产生巨大的压力，还会发生猛烈的爆炸，增添更大的压力，甚至引起热核反应或超新星爆发，使恒星发生坍缩，导致恒星的物质结构发生巨大的变化。在这种情况下，不仅原子的外壳被压破了，而且连原子核也被压破了，原子核中的质子和中子被挤出来，质子和电子挤到一起又结合成中子。最后，所有的中子挤在一起，便形成了中子星[10]。

当恒星收缩为中子星之后，体积大大减小，自转大大加快，从而使中子星的两极气旋产生的偶极磁场大大增强，使人们觉得中子星是一块极强的磁铁。中子星通过两极气旋向外发射电磁波，但由于中子星一般都有行星绕其运行，在行星万有引力的作用下，恒星的两极气旋会偏离恒星自转轴并在恒星自转过程中沿椭圆轨迹转动。因此，当发射电磁波的气旋对着地球时，地球人就能收到电磁波；当恒星极地气旋偏离地球时，地球人就收不到电磁波。所以，地球人收到的电磁波是间歇的，出现“灯塔效应”， 如图10所示。

图10 一个中子星及其偶极磁场

（6）恒星演化的终点—黑洞

在中子星向更大质量巨星演变的过程中，其两极气旋不停地吸积轨道附近的气体、尘埃和其他星际物质，使其质量不断增大，表面不断增厚。伴随着巨星的自转，其两极气旋还不时地卷入大量云团，这些云团到了气旋底部能被压缩成巨大的金属氢晶体，当这种巨大的金属氢晶体猛烈撞击恒星表面时，不仅会对恒星表面直接产生巨大的压力，还会发生猛烈的爆炸，增添更大的压力，甚至引起热核反应或超新星爆发，使恒星发生进一步的坍缩，导致恒星表面的原子结构转变为中子结构或更致密的结构。

另外，在星系的扩展和运动过程中，星系之间的碰撞时有发生。比如，一个主序星（如太阳）有多个环绕其运行的行星（如太阳系的木星、土星等），当这个主序星演变成一个中子星时，它的一个行星（如太阳系的木星）也演变成了一个主序星M，它的另一个行星P（如太阳系的土星）及其卫星S（如土卫六）也演变成了质量巨大的星球。随着该中子星自转速度的递增，其子星M以一定的速度远离中子星，而随着巨星P自转速度的递增，P的卫星S也以一定的速度远离远离P，而且S质量越来越大，S与M的最短距离逐渐变小，最终发生碰撞,使S并入M中，并使M的质量剧增和公转速度剧降，从而使M以螺旋方式落入到中子星上，使中子星的质量大于2个太阳的质量，从而坍缩为黑洞。例如，2020年6月12日美国天文学会报告称一支由国际工作者组成的天文团队观测到了中子星吞没一个恒星的爆发过程,该中子星（编号为“SAX J1808.4-3658”）凭借着强大的吸引力不断地吸走附近的一个恒星的物质，当物质掠夺达到一定程度时，中子星就会以螺旋的方式卷进了该恒星，最终发生爆炸。当中子星的质量超过了太阳质量的2倍时，就形成一个黑洞[11],如图11所示。

由于黑洞的质量很大，引力很强，当一个发光的天体进入其引力视界时，该天体的许多气态、液态和固态物质会被黑洞立即吸收，使得该天体的资源不足以维持其发光作用而使光线熄灭，这就是“光也无法逃脱黑洞”的原因。

图11  中子星吞没一些恒星后成为黑洞

（7）黑洞演化成类星体

  由于黑洞是星系结构中恒星演化的产物，而星系结构是永不休止的，永远处于不停地运动和变化之中。随着星系结构的运转，黑洞还会不断地吸积轨道周围的星云物质而变得越来越大。例如，2016年6月22日科学家们就观察到一个超大黑洞正在吞噬一颗恒星，随后美国航天局（NASA）公布了该黑洞吞噬恒星细节的合成照片，如图12所示。

图12 黑洞吞噬恒星的过程

尽管宇宙星系的演进是一个慢速渐进的过程，科学统计表明黑洞吞噬恒星发生的概率很低，大约每个星系10万年才会发生一次，但是在宇宙星系亿万年的演进过程中，一个能吞噬恒星的黑洞最终可能吞噬几百亿个恒星而成为质量巨大的类星体。例如，2015年3月3日，中国天文学家吴学兵领导的科研团队发现了一颗距离地球128亿光年、430万亿倍太阳光度、中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体。这是人类迄今为止观察到的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体[12]。

2.3 类星体的本质特征

     类星体是宇宙星系长期演化的结果，其过程是非常复杂的，结果也是非常奇特的。

（1）类星体是恒星演化的结果    

     由于类星体是星系中的恒星通过吸积轨道附近的星际物质形成大质量黑洞之后，再经过漫长的演进过程并吞噬了许多恒星而形成的超大质量黑洞，所以它是恒星演化的结果。

（2）类星体是非常遥远的星体

类星体‌是宇宙中一种距离遥远且亮度极高的天体，‌它们通常位于银河系之外，‌距离地球数百万光年甚至更远。‌最新的研究发现，‌最遥远的类星体距离我们大约在一百六十亿光年远的位置，‌这远远超出了银河系附近几千万光年的范围。‌

（3）有些遥远类星体的质量是银河系质量的上千倍以上

根据星系中心黑洞与下级子星系中心黑洞的距离公式及星系质量与星系中心黑洞质量的比例关系，可以算出一个距离地球100亿光年的类星体的质量与银河系总质量的比例关系。由于星系是一种层次结构，天文学家发现银河系就是被包含在一个超星系团中的一个子星系，故可设想银河系中心黑洞上面还有多级祖先黑洞。假设从银河系中心黑洞开始往上数直到100亿光年的类星体有n级黑洞，标号为BH₁,BH₂,…,BH_n，它们的质量分别为M₁,M₂,…,M_n。假设银河系的总质量为m,则银河系中心黑洞的质量M₁=0.005m.正如银河系有两个悬臂（即子星系）那样，可假设一般的大星系都有两个悬臂，于是以BH₂为中心的星系总质量约为2m，BH₂的质量M₂=0.005×(2m)=2M₁.类似地，可推导M₃=2M₂=2²M₁，M₄=2³M₁，…,M_n=2^n-1M₁。因为银河系的直径为10万光年，所以其半径是5万光年，要使银河系绕中心黑洞BH₁旋转时不碰撞BH₂，BH₂与BH₁的距离应该大于等于5万光年，而且有了这个距离之后，在一定时期内BH₂与BH₁的距离不会进一步扩展，所以BH₂与BH₁的距离约为5×10⁴光年。类似地，要使以BH₂为中心的星系绕BH₂旋转时不碰撞BH₃，BH₃与BH₂的距离约为2×5×10⁴光年；BH₄与BH₃的距离约为2²×5×10⁴光年，…,BH_n与BH_n-1的距离约为2^n-2×5×10⁴光年。因为地球处于银河系的底部，它离类星体的距离是100亿光年，所以

5×10⁴+5×10⁴ +2×5×10⁴+2²×5×10⁴+…+2^n-2×5×10⁴=10¹⁰ ，故 2^n-1=2×10⁵

于是

        M_n=2^n-1M₁=2×10⁵×0.005m=1000m

即距离地球100亿光年的类星体的质量约为银河系总质量的1000多倍，这么大质量的黑洞

足以吸引极其浓厚的星云，当其快速旋转时产生的能量具有整个银河系发射能量的上千倍。

（4）类星体的红移是哈勃红移

由于类星体是星系中的恒星通过漫长的演化过程所形成的超大质量黑洞，它总是处于永不休止的星系结构中，绕着上级父星快速旋转和自转，因而类星体的红移就是哈勃红移。

（5）类星体的能量来源和燃料的供给机制

由于类星体是宇宙星系长期演化的结果，它是由恒星经过红巨星、白矮星、中子星、黑洞、超大质量黑洞等多个阶段演变而成的活动星系核，因此活动星系核中有一个快速自转的超大质量黑洞。在这个超大质量黑洞的强大引力作用下，随着黑洞的快速自转，周围空间中的氢气、尘埃以及其他星际物质在黑洞两极形成两个强大的大气涡旋，这种大气涡旋的高度可达到几光年，当这种两极气旋对着地球观测者时，就呈现出一个巨大的吸积盘。该吸积盘可以卷入大量的云团，这些云团在下沉过程中被逐渐压缩，变得越来越厚重、质量越来越大，经过漫长的螺旋路径时容易发生剧烈的摩擦和碰撞，频繁地产生强烈的雷电，使周围空气温度迅速上升至几万度，大气压力也上升到百万大气压以上，因此涡旋中的许多气态氢转变为液态金属氢。这种液态金属氢和液态氢混合在一起，在沿螺旋路径快速下沉的过程中被逐渐冷却，到了涡旋底部时便凝结成一系列巨大晶体，其中包含固态金属氢和固态氢。由于距离地球100亿光年的类星体的质量可达到银河系总质量的1000多倍，所以其中心黑洞足以吸引极其浓厚的星云，其内部能达到恒星上进行热核反应的温度和压强（1500万度和3000亿个大气压以上），当黑洞气旋中有巨大的金属氢晶体相撞时可点燃氢聚变成氦的热核反应： 

发生热核反应时，在短时间内释放大量能量，引起金属氢的剧烈爆炸，产生强烈的电磁辐射，而且类星体的发射能量可达到普通星系发射能量的上千倍以上。

由于一个活动星系核所能吸引氢气的范围是有限的，超出其引力作用范围的氢气是不能被吸入星系核气旋中的，如果星系核气旋没有足够的燃料，其热核反应就会停止。幸而活动星系核有绕其快速旋转的子星系，这种子星系甚至比银河系还大，它们不仅绕活动星系核快速旋转而且还绕自身中心快速旋转，因此这种子星系能够将广阔宇宙空间中的氢气和其他星云物质带到活动星系核引力范围内，为活动星系核提供源源不断的燃料，如图13所示，从而使星系核的热核反应继续进行。但当子星系的中心黑洞靠近其活动星系核的极地气旋时就能通过万有引力的作用，使极地气旋倾斜、拉伸、剪切或破裂，从而使类星体的亮度能在几天甚至更短的时间内发生剧烈变化。当子星系的中心黑洞远离活动星系核的极地气旋时, 极地气旋及其亮度又恢复正常。

图13星系核吸入绕转子星系带来的燃料后闪耀光芒

（6）有些类星体是蓝星体

1965年桑德奇发现的蓝星体实质上也是类星体，不过蓝星体的发光气旋不是正对着人的眼睛，而是偏离了人的视线甚至背着人的眼睛，而且这种发光气旋的外面充满着宇宙尘埃，所以呈蓝色。另外，因为蓝星体的气旋不正对着人眼的观察方向，它辐射的无线电波也背离了人眼的观察方向，因此人们无法观察到这种类星体辐射的无线电波。

5 总结   

类星体的发现与宇宙微波背景辐射、脉冲星、星际分子并列为20世纪60年代天文学四大发现，成为了当今天文学中的研究热点。虽然类星体的发现使天文学家产生了极大兴趣，但它也带来了许多长期困扰着人们的难题。为此，作者重新研究了卫星、行星和恒星的形成和演进规律，提出了科学的星系形成与演进新理论，从而揭示了类星体的形成过程及其本质特征，特别地指出了类星体能量的来源和燃料的供给机制以及类星体的亮度能在短时间内发生剧烈变化的原因。

参考文献

[1] Matthews T A,Sandage,A R. ApJ,1963,138:30.

[2] Schmidt M. Nature, 1963, 197:1040.

[3] 何香涛. 宇宙中最神秘的天体—类星体(三)：活动星系核及其观测特征[J].自然杂志，   

2016，38(01).

[4] Cuixiang Zhong. The Formation and Evolution of the Sun and the Source of Star Energy as well as the Sunspots and Flares of the Sun[J]. Journal of Physical Science and Application, 2019-12-05.

[5] K. Righter and D. P. O’Brien. Terrestrial planet formation[J]. PNAS, 2011, 108 (48): 19165 -19170.

[6] Pollack J B, et al. Formation of the giant planets by concurrent accretion of solids and gas[J]. Icarus,1996,124:62-85.

[7] Dixon D, Tayar J, Stassun K G. Rotationally Driven Ultraviolet Emission of Red Giant Stars[J]. The Astronomical Journal, 2020, 160(1):12.

[8] Laughlin, G.; Bodenheimer, P.; Adams, F. C. The End of the Main Sequence [J]. The Astrophysical Journal,1997, 482: 420.

[9] Sollerman J, et al. Late-time observations of the extraordinary Type II supernova iPTF14hls[J]. Astronomy and Astrophysics, 2019, 621.

[10]T Tauris. Neutron Star Formation and Evolution - Singles, Binaries and Triples [C]. 40th COSPAR Scientific Assembly, held 2-10 August 2014, in Moscow, Russia.

[11] MG Haehnelt,G Kauffmann. The Formation and Evolution of Supermassive Black Holes and their Host Galaxies. Springer Berlin Heidelberg , 2001:364-374.

[13]Wu, XB, et al. An ultra luminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30 [J]. Nature, 2015,518(7540): 512-515.

[14] 江林华，吴学兵等. 高红移类星体的观测[J]. 科学通报，2015，60(20).

[15] 左文文，吴学兵. 类星体的能量之谜[J]. 科学通报，2016，01(11).