吸积的力量
正如J. Frank等人的Accretion Power in Astrophysics一书所说，在早年单纯借助引力无法解释恒星产能机制的时候，人们将注意力转向了核能；而如今遇到单纯凭借核能无法解释的天体现象之时，人们又转而求助于引力。吸积就是天体用引力吸引物质的过程，期间伴随着质量的增长与能量的释放。从恒星的形成到最为猛烈的天体活动，吸积都扮演了相当重要的角色。
有多少天体是以吸积作为主要能源的来源呢？从剧烈程度最高的说起。基本确定的包括X射线双星和活动星系核，而伽玛射线暴的根源也很有可能是恒星濒死时分形成的黑洞的吸积。另外，新星和Ia型超新星的爆发同样离不开白矮星吸积伴星物质的过程。在较为温和的一端，恒星和行星的诞生也与星体胚胎的吸积有关。
说到天体物理环境下的吸积，首先就不能不提爱丁顿光度的概念。这是球对称吸积情况下吸积产能的光度上限（不过在伽玛暴或者类星体这种极端天体中，还是有可能发生超爱丁顿吸积的）。它的计算方法并不难，只需让向外的吸积辐射压等于向内的引力即得，超过爱丁顿光度就不再是稳定状态了，辐射光压会让流向引力源的物质流截断。对应爱丁顿光度的吸积率也就是爱丁顿吸积率。如果是存在相对运动的情况，仅凭爱丁顿吸积不能应付所有问题，而要考虑Bondi-Hoyle吸积等其他机制。
如果假设落向中心吸积天体的物质动能可以全部转化为辐射能，而动能又是的物质下落时引力能转化的产物，不难算出被吸积物的辐射效率是中心天体的史瓦西半径与实际半径比值之半。如果中心天体足够致密，吸积可以是仅次于正反物质湮灭的高效产能方式——对于黑洞而言，最高辐射效率可以达到50%（实际会略低一些，但也是百分之几十的量级），远比一般核反应为高。当然，如果中心天体不是那么致密，这个效率就要大打折扣了，这也就解释了吸积过程普遍存在于最极端到相对温和的天体活动中，而且表现大相径庭的事实——不论如何，引力毕竟是普遍存在的，吸积的表现则取决于引力源的特性。
所以如果引力源是黑洞，那么吸积往往与能量最高的天体相伴，辅以剧烈的变化，包括活动星系核、伽玛射线暴以及部分X射线双星；而如果只是普通原恒星或者原行星，吸积的表现要和缓得多，是长期持久的过程。
不过在实际情况中，由于角动量的存在，物质往往不能直接落向吸积的天体，而是会环绕天体形成吸积盘。盘中的物质在粘性的作用下逐渐损失角动量向中央迁移，最终落到充当引力源的吸积天体表面上；而根据角动量守恒，整个过程中角动量由于粘性一直向盘面外缘迁移。依吸积流的主导过程和盘面结构，吸积盘可以分为标准薄盘、径移主导盘（ADAF）、对流主导盘（CDAF）以及中微子主导盘（NDAF）等几类。标准薄盘吸积率较高，以热辐射为主导。径移主导盘一般具有较大的光深以及较低的辐射效率，大多数能量都以径移的形式带走，有部分辐射效率很低、光度远在爱丁顿极限之下且光谱非热的活动星系核即属于此种情况。当径移主导盘的粘性相对较小时，就成了对流主导盘，对流让角动量向内而非向外移动。而当盘面尺度足够小的时候，中微子辐射导致盘内物质冷却的过程唱了主角，辐射效率大为提高，这种情况就是中微子主导盘。同一天体周围的吸积盘结构也并不一定均一。Scholarpedia总结了各种天体的吸积盘结构，不妨参考。
经常与吸积盘相随的还有喷流，甚至在有些情况下，占据主导地位的可能是喷流而非吸积盘本身。喷流成因现在尚不很清楚，且各种天体的喷流成因不尽相同：如伽玛暴和活动最剧烈的活动星系核的相对论性喷流可能是通过Blandford-Znajek过程提取黑洞能量产生的；而原恒星的慢速喷流更可能是普通的磁场作用，不必涉及时空结构的问题。
至于吸积产能的辐射机制，有一部分来自吸积盘本身的黑体辐射或轫致辐射，也有来自盘面上下方电离盘冕的逆康普顿散射。热辐射是下落物质的引力能转化而来。当然，喷流也可能对整体辐射有所贡献。
最后依能量从高到低，大致巡视一遍吸积天体。首先是伽玛暴。在最为流行的标准模型中，充当中心能源的就是大质量恒星死亡时分核心坍缩而成的黑洞。如果星体角动量足够大，恒星外围包层的物质并不会直接落向黑洞，而是先形成吸积盘，然后盘面在磁场的作用下产生极端相对论性的喷流，喷流将包层顶开冲入宇宙空间，产生所见的爆发。之前这样的过程已经在《天文学中的数值模拟：Woosley与大质量坍缩星》一文中介绍过，在此不重复。现在这一模型又有了很多修正版，在不断改进最初的理论。而且有些特殊种类的超新星，比如不久前刚被提出的中心能源驱动的超新星，也有与之类似的图景。
由中心能源驱动，拥有吸积盘与喷流的超新星示意。由于支配这类超新星的光变曲线是激波而非普通超新星的放射性元素衰变，某种意义上它们更接近伽玛射线暴。（图片提供：Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF）
活动星系核是吸积理论应用的大户。按照观测现象，这类天体可以分为塞弗特星系、射电星系、耀变体、类星体等许多类型，这些类型又有各自的子类，总体特征是星系核心区域存在不能单纯用恒星辐射解释的成分。它们基本上都可以用统一模型的框架来描述：中央的特大质量黑洞+活跃的吸积盘，视角以及黑洞相关参数的不同造就了观测现象的不同。
活动星系核统一模型示意。（图片提供：University of Florida）
图中的尘埃环是很多观测所暗示的，靠近吸积盘的区域是所谓宽线区，更远处是窄线区，对应观测上的宽窄谱线成分。窄线区的成因据信与喷流在传播过程中对周围环境的扰动有关。活动星系核的吸积对象有很多来源，偶然靠近黑洞的恒星是其中之一，不过星系相互作用提供的物质流占据了更大一部分。活动星系核的另一大特征是辐射谱遍布全波段的喷流，从垂直于盘面的方向上（通常平行于盘面的角动量轴或者黑洞自转轴）相向射出，在射电波段尤为明显。耀变体这个子类更是喷流径直朝向地球，因此人们可以看到喷流之中的剧烈变化。
在观测上，活动星系核存在吸积盘的间接证据主要是光谱中的“大蓝包（Big Blue Bump）”与双角图。大蓝包是光谱蓝区的流量增加，起源于盘面自身偏蓝的辐射；双角图是速度的体现，盘中物质由于环绕黑洞运转，因此只要不是零倾角，从地球上看去，就永远有一部分物质朝向地球而来，另一部分远离地球而去，谱线的双角结构因此由于多普勒效应而产生。而又因为盘面往往旋转很快，考虑相对论修正，双角并非对称，而是有所扭曲。当然随着观测精度的提高，现在已经能够直接观测到某些邻近活动星系核的中心地带了，结果与理论图象吻合得很好。
活动星系核的双角图。（图片提供：ASCA/NASA）
X射线双星一般是致密星（黑洞或中子星）+普通恒星的组合，前者是吸积天体，后者是物质来源。依普通恒星伴星的质量，大致以10倍太阳质量为界，又可分为大质量X射线双星与小质量X射线双星两类，分别与年轻与古老的星族成协，前者辐射谱较硬，后者较软，且光变行为也不尽相同。大质量X射线双星又有分别以演化到晚期的超巨星与尚未演化的O9Ve到B2Ve型主序星为伴星的两个子类，前者伴星几乎充满洛希瓣，后者没有充满，而是以星风来提供物质源。
X射线双星的概念图。（图片提供：ASCA/NASA）
根据亮度、双星轨道间距以及质量可以计算出，在X射线双星中，来自伴星的下落物质引力能转化为辐射能的峰值波段处在X射线范围内，故名。除了本身的X射线辐射，这类双星还是毫秒脉冲星的温床：吸积带来的角动量转移让古老脉冲星的自转加速。更特殊的一类X射线双星是微类星体。顾名思义，它们几乎可以被看作是星系级类星体的缩小版，与普通X射线双星最大的差异是具有喷流。根据模拟工作，这里喷流的成因可能跟磁场扭曲导致磁压上升，诱使物质从盘面上浮有关，不过其中还存在有大量疑难问题有待解决。
对于新星和Ia型超新星来说，吸积只是爆发的诱因，而不是直接原因。白矮星从伴星吸积的物质堆积在星体表面，随着温度与密度的增加，导致表面物质发生核爆燃，这就是新星的基本图景。而当物质积累足够多，星体质量达到让白矮星稳定存在的钱德拉塞卡极限后，诱发的就不再是伤筋不动骨的新星了，而是将整个星体摧毁的Ia型超新星。不过这两类天体一般只是在爆发时才会吸引人们的注意力，爆发前缓慢的吸积过程倒是没有太多的出彩之处。
与剧烈的天体活动以及快速的黑洞吸积相比，恒星和行星形成过程中的吸积是个温和缓慢的长期过程。这一过程的典型是金牛座T型星以及赫比格Ae/Be天体。在恒星形成时，前身气体云团的中部坍缩成原恒星，周围的气体包层由于角动量，最终聚集为旋转的吸积盘，然后盘中的气体缓慢积累到星体表面。在此过程中，盘中的自引力作用导致盘面分裂，最终导致行星系的形成。这种系统中的超音速双极喷流与磁场和粘性有关，具体成因也是有待解决的问题。
金牛座HH30的原恒星盘与喷流（红色部分）。（图片提供：Burrows, STSci/ESA, WFPC2, NASA）
