为什么黑洞会有吸积盘，而不是四面八方都吸进来物质，形成一个发光的球体呢？
首先，我们需要明白一点：黑洞本身是“看不见”的。它就像宇宙中的一个终极“黑洞”，连光都无法逃脱。那么，我们所说的“发光”的吸积盘，实际上是黑洞周围的物质在被强大引力加速、摩擦、加热后发出的辐射，而不是黑洞自身在发光。黑洞本身是暗的。
那么，为什么这些物质会围绕黑洞旋转，形成盘状，而不是直接垂直落入，形成一个“发光的球体”呢？这主要归结于一个至关重要的物理概念：角动量。
想象一下，我们丢一个球，它会直接下落到你手中。这是因为球的初始运动状态非常简单，几乎没有旋转。但是，在宇宙尺度上，物质的来源可不是一个静止的点。星系中的气体、尘埃，甚至是恒星，它们并不是静止在空间中的。它们本身就携带着速度和方向，这些共同作用起来就形成了一个整体的角动量。
角动量，简单来说，就是物体绕着某个轴旋转的“程度”。它是一个矢量，大小和方向都由物体的质量、速度以及它们绕轴的距离决定。即使是宇宙中一个看似均匀分布的气体云，其内部的微小扰动和运动也足以让它整体上带有一定的旋转趋势。
当这些带有角动量的物质（比如星际气体云、一颗恒星被撕裂后的残骸）靠近黑洞时，黑洞强大的引力会开始拉扯它们。就像地球的引力让投出的物体下落一样，黑洞的引力也会将这些物质吸引过来。
然而，关键在于这些物质并非静止不动。它们带着各自的初始速度和方向，被引力拉扯时，并不会简单地直线坠入黑洞。相反，它们会沿着越来越小的轨道螺旋式地接近黑洞。
你可以想象一下，你往一个旋转的陀螺上扔沙子。沙子并不会垂直落到陀螺的中心，而是会因为陀螺本身的旋转以及你扔沙子的角度，一部分沙子会被甩出去，一部分则会围绕着陀螺的轴线旋转起来。
对于黑洞来说，情况也是类似的。当物质靠近时，由于其自带的角动量，它们会倾向于绕着黑洞的旋转轴运动。就像在跳舞时，舞者会围绕着一个中心点旋转一样。黑洞的引力提供了一个向心力，而物质的惯性（即保持运动状态的倾向）则阻止了它们立即落入。
于是，物质在引力和惯性的共同作用下，开始围绕黑洞运动。由于物质并非来自同一个精确的点，也不是完全同心的运动，它们会在这个过程中发生碰撞和摩擦。想象一下无数个在狭小空间里飞速旋转的物体，它们互相挤压、碰撞，就会产生巨大的摩擦力。
这种剧烈的摩擦使得物质的动能转化为热能，温度会急剧升高，达到数百万甚至数亿摄氏度。在如此高的温度下，物质会发出强烈的电磁辐射，从射电波到X射线甚至伽马射线。这些辐射是我们观测到的“发光”的吸积盘。
那么，为什么是盘状而不是其他形状呢？
1. 角动量的指向性：物质的角动量有一个大致的方向，它决定了物质的主要运动平面。就像行星绕着太阳公转一样，它们大多在同一个平面内运动。黑洞附近的物质也会倾向于在一个平面内围绕黑洞运动，这个平面就形成了吸积盘。
2. 引力的集中性：黑洞的引力是向各个方向都存在的，但物质的运动是具有方向性的。在没有太多外部扰动的情况下，带有角动量的物质会被“锁”在围绕黑洞的轨道上，并在这个轨道平面内聚集。
3. 摩擦和能量耗散：摩擦是吸积盘形成的关键因素。它将物质的角动量“传递”出去，使得物质能够逐渐螺旋下降，越来越靠近黑洞。那些角动量较小的物质最先被摩擦减速，然后落入黑洞。而角动量稍大的物质则继续在盘中运动，并与更内层的物质发生碰撞和摩擦。
为什么不是“四面八方都吸进来形成一个发光的球体”？
方向性：物质从四面八方来，但如果它们都有一个整体的旋转趋势，那么它们就不会直接汇聚到黑洞中心形成一个球体。更像是无数个小型的行星在围绕一个中心旋转，当这些行星因为摩擦而能量降低时，它们才会逐渐靠近中心。
能量耗散：如果物质是四面八方无规则地落下，那么它们会互相抵消一部分运动，然后可能直接进入黑洞，不会形成持续的高温和辐射。就像一堆沙子直接倒进一个漏斗，而不会在漏斗壁上形成一个旋转的沙漏。
稳定性：一个球形的吸积可能非常不稳定。物质会在各种方向上相互碰撞，能量很快会消散，不太可能维持长时间、高温的辐射过程。而盘状结构则相对稳定，能够有效地将角动量传递出去，让物质源源不断地落入黑洞并持续发光。
更细节的补充：
黑洞的自转：如果黑洞本身在自转，它会影响吸积盘的结构。自转的黑洞会拖拽周围的时空，这被称为“帧拖曳效应”。这会使得吸积盘的形状和辐射特性发生变化。
吸积盘的结构：吸积盘不是一个均匀的盘子，它通常有一个内部的“内界”（innermost stable circular orbit, ISCO），在这个轨道之外，物质可以稳定地绕行，但一旦越过ISCO，物质就会迅速螺旋落入黑洞。盘的内侧会比外侧更热，辐射也更强烈。
喷流的形成：在一些强大的吸积盘系统中，我们还会看到从黑洞两极喷射出的高速物质流，称为“喷流”。这通常与吸积盘的磁场和黑洞的自转有关，是一个非常复杂的物理过程，也进一步说明了吸积盘的结构和物质运动的复杂性。
总而言之，吸积盘的形成是黑洞强大引力、物质自带的角动量以及物质之间相互摩擦耗散能量共同作用的结果。角动量是决定物质围绕黑洞旋转而不是直接坠入的关键因素，而这种旋转和摩擦产生的剧烈能量转化，最终形成了我们观测到的壮观景象——吸积盘。它就像一个宇宙级的“旋转瀑布”，物质在落下之前，先要经历一个充满能量的螺旋旅程。
网友意见
吸积盘是一个由高度电离或分子形式的气体构成的转动的气体盘，在具有引力作用的天体（原行星、主序星、白矮星、中子星以及黑洞）周围基本都存在。
传统意义上，吸积盘的图像是有点像火星和木星之间的小行星带，以标准薄盘（α-Model）为例，吸积盘是几何薄而光学厚的。
那么，为什么会形成吸积盘而不是吸积球呢？主要有两个原因：角动量和黏滞。（以下内容以不拿诺奖不改名：Note：旋转跳跃我闭着眼--黏滞项、角动量、吸积盘中的知识为主）
角动量
就像地球绕着太阳运动一样，盘中的气体在不同半径处以不同的角速度绕黑洞旋转，进而形成稳定的圆轨道，这意味着气体受到的引力正好被离心力所平衡，即：，其中是引力常数，是黑洞的质量，是气体距黑洞奇点的距离，是气体的角速度。我们可以看出，越靠近黑洞，角速度变越大，这种较差转动规律被称作开普勒转动。
在这里我们引入一个概念：最内稳定圆轨道（ISCO）。
我们知道，黑洞吸积盘是由围绕黑洞做圆周运动的气体组成的，且吸积盘中存在角动量转移，质量会从盘外侧转移到盘内侧。这个过程会一直持续到吸积物质到达吸积盘内边界。但是由于黑洞自身的时空性质束缚了吸积盘的内边界，因此当吸积物质靠近黑洞到一定距离时，稳定的圆轨道将不会存在。而正好保持有稳定圆轨道的位置，就是黑洞吸积的最内稳定圆轨道半径。
说实话，在EHT的论文公布之前，我（以及一些专业的天文学家）以为拍摄到的Shadow实际上来自于ISCO的。然而事实上EHT拍摄到的是光子捕获半径，不是ISCO，这是两个完全不同的概念（然而大部分天文学家也都会混淆这两个概念）。
有人可能会觉得吸积盘和太阳系中八大行星的运动轨道类似，但实际这其中有着很大的区别。区别就在于接下来要提到的这一个词：黏滞。
黏滞
吸积盘虽然和太阳系中行星一样拥有着稳定的轨道，但是与之又不同的是，吸积盘中存在着一种叫黏滞的摩擦作用。在黏滞作用下，吸积盘中的气体会被加热并放出强大的辐射，这也被认为是类星体耀眼的光以及黑洞X射线双星的X射线辐射的来源。
而在这个问题中，黏滞的重要性体现在它主导了气体层之间的角动量转移。
角动量转移的关键，就在于吸积盘中相邻气体层之间的黏滞作用。说详细点就是，通过内、外层气体之间的黏滞作用，角动量较大的内层会损失角动量，然后向内掉落，而角动量较小的外层会获得少量角动量。于是，吸积盘中的气体逐渐向黑洞中心掉落，这便是我们一直在说的吸积过程，在这过程中，质量向内转移，角动量则向外转移。
于是，如上文所说，在黑洞附近，引力向内增长的太快，所以在比最内稳定轨道更靠近黑洞的地方，会形成如图二所示的粒子真空区。当气体由盘外持续供给时，吸积盘会形成一个稳态。
那么黏滞项是如何在角动量转移中扮演重要角色的呢？
我们假设一个位于点质量势 中的试探粒子。那么如果粒子相对黑洞中心没有角动量，在此情况下，粒子将直直向黑洞奇点飞去（除非粒子的径向速度 ）。而此时，我们给粒子加一个转动微扰，不论这个微扰有多大，粒子都具有了非零的角动量，此时，粒子将绕着黑洞中心旋转。
众所周知，如果有一个给定的比角动量 （ 为开普勒值），当轨道为圆形时，试探粒子的比能量达到最小。而在上文中我们知道，吸积过程是一个角动量向外转移而质量向内转移的过程，那么我们预计最终气体会形成一个稳定的圆形吸积盘。而在上文中，我们知道，黑洞的引力与离心力平衡时才会形成稳定的圆形吸积盘，那么有 ，因此圆轨道半径 。
由此我们可以发现，不考虑黏滞项时，只有角动量守恒的情况下，粒子无法到达黑洞中心或者在形成稳定圆轨道之后释放引力能，从而也就没有物质吸积，而会形成类似于太阳系行星轨道一样的情况。而在我做的数值模拟中，当我不加入黏滞项只考虑角动量守恒时，初始物质在演化过程中是静止不变的。而当我加入黏滞项缺不考虑角动量守恒时，吸积物质会瞬间落入黑洞视界（引力效应）。因此，黏滞项和角动量守恒在吸积过程中的作用是毋庸置疑的。
参考文献：
加藤正二. 黑洞吸积盘[M]. 科学出版社, 2016.
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