在各类活动星系中都牵涉到一个基本的物理现象，即在时间短、空间小的范围内释放出空前的难以设想的巨大能量，因此，寻找这种巨大能量的来源，解释能量释放过程的机制，就成为摆在天文学家和物理学家面前的一个重大问题。浩瀚的星空，多变的天体，复杂的现象，促使科学家们向广阔的天文科学领域进军。问题当然是复杂的，星系剧烈活动的形式和机理也绝不是单一的，已经提出的理论设想和模型也都各有特色，但是，其中似乎都离不开一个基本而重要的物理因素——引力，看来，引力估计是解释这些剧烈活动的重要依据。
大家知道，物理学的研究已经揭示出自然界存在的四种基本作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。在微观世界，与其他三种作用相比，引力弱得很多很多，微不足道，完全可以忽略，但在大尺度的天体物理领域内则不然。由于引力是一种长程的与距离平方成反比的相互作用力，又依赖于相互作用物体的质量，质量越大，引力也越大，而例如星系的质量可以达到1011M⊙（M⊙是太阳质量单位，1M⊙约为1.989×1030千克），所以，在大尺度的天体物理领域中，引力起着决定性的关键作用，只在短程起作用的强、弱相互作用可以忽略不计，长程的电磁相互作用退居第二位。正是引力决定了天体在大尺度范围的运动情况，决定了系统在动力学上是否稳定，决定了系统是否会出现爆发或坍缩等等。
当然，强调引力决不意味着忽视或否认另三种基本相互作用在某些方面的重要性，例如，电磁相互作用对天体的辐射起着重要作用，而我们对天体的了解几乎全部来自辐射传递的信息，在高能现象中，强、弱相互作用当然也扮演着重要的角色。有趣的是，回顾天文学的历史可以看到，从某种意义上说，天文学的兴衰往往是和引力联系在一起的。在16世纪和17世纪，在开普勒、伽利略和牛顿的时代，在自然科学作为一种科学体系刚刚确立之初，天文学曾经在自然科学中占据着非常值得骄傲的显赫地位。当时，开普勒根据第谷多年观测的资料，总结出行星运动的规律——开普勒三定律，牛顿正是在这样的基础上，在解决了一系列重要问题之后，提出了著名的万有引力定律和牛顿三定律，为物理学和天文学成为真正的科学体系奠定了基石。但是，好景不长，随着实验室物理学的发展，引力的重要性似乎日益下降，尽管天文观测一天也没有停止过，但是观看远处物体的激动逐渐被研究周围物体性质的种种重大发现所取代了。19世纪电磁学的发展，20世纪初原子物理和核物理的发展，使物理学取得了在自然科学中的主导地位，天文学则相对而言比较沉寂。爱因斯坦的广义相对论虽然重新激起了人们对引力的兴趣，但由于一时还看不到许多实际效果，与物理学其他领域令人激动的发展相比，引力也像天文学一样仍然居于次要地位。
由于二战之后全波段天文学的发展，情况开始有了变化，对天文学的兴趣大大增加了，物理学家再一次感到天文学为物理学提供了一个无比广阔的、为地球上的实验室根本无法比拟和取代的实验场地。于是，许多物理学家纷纷和天文学家携起手来，共同研究天空中展现的一幕幕神奇画面，这样，既推动了天文学也推动了物理学和有关技术学科的蓬勃发展。作为一种基本相互作用的引力和近代的引力理论也重新受到了尊重。
引力在现代天文学中重新取得显赫地位的原因之一是，近代的引力理论——广义相对论预言了一种特殊的天体——黑洞，它在现代天文学中占据着特殊的地位。
读者可能已经从各种杂志和书籍中看到过关于黑洞及其特殊性质的种种令人眼花缭乱的描述。其实，对黑洞这个概念，甚至无需广义相对论的复杂论证，仅用牛顿理论就能对它有一个大致的了解。什么是黑洞呢？简单地说，黑洞就是一个其逃逸速度超过光速的空间区域。由于地球的引力，任何从地面发射的火箭如果没有足够的速度，就无法挣脱地球引力，最终会返回地面。换言之，如果火箭因运动而具有的动能小于它在引力场中所具有的势能的话，它就不能逃逸。根据牛顿力学不难得出，从地面发射的环绕地球运行的人造地球卫星所必黑洞须的最低速度是79千米／秒。使卫星轨道为抛物线从而可以脱离地球进入太空所需的最低速度为112千米／秒。从地面发射的能够挣脱太阳引力成为恒星际飞船所必须的最小速度为167千米／秒。而从太阳表面出发能够脱离太阳系的飞船的逃逸速度为617千米／秒。
值得注意的是，脱离地球、脱离太阳或者脱离任何一个天体所需的逃逸速度，不仅与该天体的质量有关，还与它的半径有关。这是因为引力不仅与质量有关还与距离有关，密度越大就越密集，天体表面也就越靠近它的中心，表面及其附近的引力就越强，因此，质量与太阳相近而半径与地球差不多的白矮星，其逃逸速度为6450千米／秒；质量与太阳相近，半径只有10千米左右的中子星，其逃逸速度竞达160000千米／秒之巨。
由此得出结论，当天体质量和密度的加大时，逃逸速度将不断增加，终于会达到需要的具有光的速度才能从相应的引力场中逃逸出去。但是，爱因斯坦相对论明确指出，没有任何一种东西的运动速度能超过光速。因此，逃逸速度为光速的天体，就是使任何东西都不能从其中逃逸的天体，这就是黑洞。黑洞是一个几乎与世隔绝的独立的宇宙，任何东西都不能从中逸出，但是外部的东西却可以不断进入，正像一个深不见底的漆黑一团的洞穴，黑洞的名称正是由此得来的。
从另一个角度说，一定质量的天体，半径缩小，密度加大，逃逸速度增加，当逃逸速度达到光速时成为黑洞。任何天体收缩为黑洞时相应的半径称为史瓦西半径。质量与太阳相同的天体的史瓦西半径只有3000米。即当太阳塌缩成半径3000米的球时就成了黑洞，而质量为3×1012M⊙（M⊙是太阳质量单位，1M⊙约为1.989×1030千克）的类星体压缩到半径为1光年时就成了黑洞，这时它的密度并不大，只有2×10-9克／立方厘米。
黑洞就像一个无所不收、一毛不拔的吝啬鬼，吞下了接近它的一切东西却不吐出来，因此，黑洞里面可能蕴藏着大量能量。人们感兴趣的是，有没有从黑洞中提取能量的可能方式呢？为此，我们需要从史瓦西不自转黑洞的分析进一步深入到对自转黑洞的分析，这是天文学家克尔在1963年首先提出的，即我们需要讨论黑洞的一个基本物理性质——角动量。
大家知道，各种天体包括黑洞都在旋转，黑洞旋转使天体具有角动量。由于封闭系统的总角动量守恒，当恒星塌缩时，自转应加剧，一颗新的中子星每秒可旋转1000多次，进一步塌缩成黑洞，旋转速度应更快，这是不可避免的，所以，在讨论黑洞时应该把它的自转和角动量考虑进去。
自转黑洞仍然存在着逃逸速度为光速的史瓦西半径，但它外面一定范围的空间也将随着黑洞一起像刚体那样旋转，这个与黑洞一起旋转的空间称为黑洞的“工作层”，工作层的外边缘称为“静止极限”，彭罗塞指出，进入工作层的物体将随黑体一起高速旋转，获得很大的能量和角动量，但由于还在史瓦西半径之外，所以只是黑洞的半捕获物，既有可能进一步进入史瓦西半径内被捕获，也有可能在特殊的条件下越出工作层，先进入然后又越出工作层的物体，由于进入后随黑洞一起转动附加了能量，因而越出时将带走附加的能量。换言之，黑洞的一部分能量和角动量转移到了物体上，并被它带走，这就是从黑洞提取能量的一种可能方式。当然，从自转黑洞提取能量的过程并不是无限制的，正像宏观过程都要遵循热力学中的熵增加原理一样，从克尔黑洞提取能量必须保持黑洞的表面积不变而减少其质量。理论计算表明，我们可以把一个自转黑洞总能量的30％挤出来，办法是小心地把物体送入工作层，待它们越出后再收集起来，如果能实现的话，黑洞就会失去它的自转能量只剩下质量，从而静止极限与史瓦西半径重合，这时，黑洞就“死”了，再也不能直接产生能量了。有趣的是，计算表明，从一个质量为108M⊙（M⊙是太阳质量单位，1M⊙约为1.989×1030千克）的黑洞中可以提取的最大能量为6×1055焦，这似乎正是活动星系或类星所需要的能量。
很重要的另一方面是，黑洞的含义似乎表明黑洞不可能发出任何东西。但是1974年霍金的研究表明，情况可能并不完全如此，原来，现代认为真空并非一无所有，而是存在着数目相等的正、反粒子对，它们之和虽然是零，但它们的存在和起伏会影响物理过程。霍金指出，物质-反物质对经过黑洞附近时，可能一个掉入黑洞，而同时将另一个排出黑洞，这意味着黑洞能够产生和发射一些粒子，由于这种过程，黑洞将会在长时间内逐渐地被蒸发掉。
为了形象地描绘黑洞的形成过程，让我们先介绍一下太阳的演化。万物生长靠太阳，太阳的光芒照耀和温暖着在地球上生存繁衍的人类以及各种生物。太阳所包含的大量氢气就是它几乎取之不尽用之不竭的能源，它已经使太阳在过去的几十亿年中光辉灿烂，它还将确保太阳在今后的几十亿年中继续发光发热。但是，宇宙万物都有生有死，太阳和恒星也终有能源耗尽的一天，那时它们将变成什么样呢？幸而天空中的恒星为数众多，有的刚在襁褓之中，有的年富力强光辉夺目，有的年老力衰气息奄奄，也有的在剧烈的爆炸声中了却一生，使我们有可能通过对它们的观测和探索，在理论思维和高速计算机的帮助下，相当有把握地谈论恒星演化的历程和归宿。
大约再过50亿年，太阳的氢就要都聚变为氦，然后氦再聚变为碳和氧以致更重的元素，直到聚变不能再提供能量为止，那时，太阳内部将没有足够的压力支撑外层的巨大重力，于是整个太阳要向中心塌缩。原子将被挤碎，电子要与核分离，直到电子产生的压力足以阻止太阻的进一步塌缩。那时，由于密度的加大，一个羹匙大小的一块太阳将重达1000吨，而太阳发出的光则只有现在的1/1000，太阳变成了一颗白矮星。
事实上，并非所有恒星都必然演化成白矮星，早在1931年，昌德拉塞卡就指出，当恒星的质量大于某一限度时，电子提供的压力将不足以与引力抗衡。于是电子将被挤入原子核内，与质子结合而成中子，整个恒星塌缩变为中子星，在这种情形下，密度就更大了，一个羹匙大小的一块太阳将重达100亿吨。1939年奥本海默就曾预言中子星存在，经过几十年的搜索没有找到，最后意外地在发现脉冲星后得到了证实。
当恒星的质量再大时，塌缩的结果是中子星也无法存在，这时恒星将塌缩为黑洞。这个看来似乎很令人奇怪的理论预言，由于白矮星和中子星已被观测证实而十分引人注目，成为天文学家力图寻找和研究的重要目标。
