黑洞周围发生了什么？著名物理学家霍金曾经说：“黑洞比科幻作家编制出来的任何故事都要奇妙。”那么，黑洞周围究竟有什么奇妙的物理过程？黑洞只是贪婪地吞噬一切？黑洞比星系小得多，它相对于星系的大小就像一颗葡萄相对于地球一样，为什么还和星系的演化息息相关？
黑洞在宇宙空间是广泛存在的。它最主要的存在形式有两种：首先，几乎每个星系的核心都存在一个超大质量黑洞。
这些黑洞的质量大约是从几百万倍到几十亿倍的太阳质量，它们的形成机制目前并不完全清楚。除了星系中心的超大质量黑洞外，大质量恒星演化到晚期，“死亡”塌缩也会形成黑洞。这种方式形成的黑洞在每个星系中可能有几千万个，质量通常在10倍太阳质量左右。而就在过去的几个月中，最新的一些观测证据表明，星团的中心可能也会存在着介于上面两种黑洞之间的所谓中等质量黑洞。
无论黑洞的质量大小，它们都会表现出非常类似的一些观测特征。那么，在这些黑暗、致密的天体周围，到底发生了什么，让我们接下来一探究竟。
一、气体被黑洞吞噬：吸积
提到黑洞，让人最为印象深刻的莫过于其巨大的破坏力。从物理学的角度而言，这也就是说黑洞具有强大的引力。在我们能够观测到的黑洞周围，通常都会有大量的气体存在。在黑洞强大引力的作用下，气体会朝向黑洞下落。
由于气体具有一定的角动量（即气体是围绕黑洞旋转的），这些气体下落过程中会形成一个盘，这就是时常听到的黑洞吸积盘。由于引力是大尺度上最重要的力，因此引力导致的盘在宇宙中相当普遍，比如很多星系也是一个盘，再如我们的太阳系也是起源于一个吸积盘，只不过中心天体不是黑洞而是一个恒星。气体在朝着黑洞下落的过程中其引力势能会转变成气体的内能（也就是气体自由运动的动能），进而产生强烈的辐射。
这一过程中质量转化成辐射能的转化效率非常高，可以达到6%～40%（取决于中心黑洞的转动快慢）。而作为对比，地球上最高效率的质量转化成能量的过程是核反应，但其效率也仅仅只有0.7%。
二、黑洞不仅会“吸”，还会“吐”
黑洞的最主要特征是其强大的引力。所以，我们很容易理解它能够吸积周围的气体。然而，让人费解的是，观测表明，黑洞在吸积气体的同时，还在向外发出强烈的物质和能量外流。
这里我们说的外流包括两种形式，一种是喷流，一种是风。前者指的是从非常靠近黑洞的区域发出的、像激光束一样细长的、速度接近光速的外流，如图1所示；后者指的是非常发散（即张开的立体角很大，如几十度），运动速度远低于光速的物质外流，如图4所示。前者可能从黑洞或者吸积盘的最内边缘发出，而后者则是从吸积盘中较大范围的半径释放出来的。
三、黑洞与星系的共同演化
天文学家们发现，位于星系中心的超大质量黑洞吸积导致的辐射、喷流、风等各种形式携带的能量输出非常强，总能量接近星系核球中所有恒星的总束缚能（即克服引力将这些恒星推到无穷远处需要的总能量）的100倍！所以，黑洞吸积导致的能量输出必然会对超大质量黑洞所在的宿主星系产生重要影响。所以，超大质量黑洞是与其宿主星系共同演化的。
这方面目前已经积累了很多令人信服的观测证据，其中一个例子是星系中心超大质量黑洞的质量与星系核球光度之间的相关性。如图5所示，该相关性跨越了超过三个量级。这一相关性并不是显而易见的，要知道，黑洞的大小要比星系小得多，两者的大小关系就如同一粒葡萄与整个地球相比。尺度差别如此巨大的两者之间却存在这么好的相关性，唯一的解释就是：两者必定存在深刻的物理上的联系。