為什麼吸積盤可以使物質轉換出如此大的能量？僅僅因為摩擦生熱？

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查看資料時可以發現，當物質以螺旋線落向黑洞時，會因為摩擦而生熱。這一過程能使物質質量的10%轉換為能量，相比之下，星體熱核聚變才能轉換5%。為什麼摩擦生熱能發出如此大能量，甚至超過核聚變呢？

一我來把張浩的回答簡化一下：
質能關係： $E=mc^{2}$
無窮遠下落物體損失重力勢能： $E_{G}=-GMm/R$
假設損失重力勢能全部轉化為其他能量，與質能關係轉化率之比： $eta = frac{GM}{Rc^{2}}$

恆星聚變反應質能轉化率 ~ 0.007 。雖然這個轉化效率很低，但是足以維持恆星燃燒和氫彈爆炸。
白矮星　M=1 太陽質量= 2E30 kg , R=5000 km, $eta= 3 imes 10^{-4}$
中子星　M=1太陽質量 R ~11 km　 $eta= 0.13$
黑洞，首先定義視界半經，從牛頓力學簡化計算，假設光速時，物體動能正好等於引力勢能： $frac{1}{2}mc^2=frac{GMm}{r}$ , 那麼 $r=frac{2GM}{c^2}$
從而： $eta =frac{GM}{frac{2GM}{c^2}c^2}=0.5$
所以一個物體從無窮遠處落到視界處，能量轉化效率比最多為50%

但一般情況下，物體不可能直接落入黑洞，而是落入到吸積盤內，所以轉化效率很少達到50%。由於相對論效應，不同的黑洞模型會有不同的能量轉化率，如果假設無旋轉的黑洞模型，經典吸積盤半經為３倍視界半經，但是沿著徑向落下的粒子不能很好地轉化能量，結果其效率僅僅為 $eta =0.057$ 。如果是相對論旋轉黑洞，黑洞的視界半徑和吸積盤半徑都會大幅縮小，提升了能量轉化率，最高效率 $eta =0.42$ 。

所謂的摩擦生熱只是刻畫動能交換的結果，吸積氣體在下落過程中會大量與其他氣體發生碰撞，使得氣體逐漸損失動能並下落到黑洞內，但是輻射主要來源還是引力勢能。
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吸積盤直徑一般只有幾千萬公里到一光年，比如銀河系中央黑洞吸積盤直徑和太陽到金星距離類似。但因為有著大量的氣體，並且氣體有著不同的溫度，因而在射電波段到伽馬射線的多個波段都有很強烈的輻射。由於黑洞的高效能量轉化效率，使得部分黑洞吸積盤雖然體積很小，吸積氣體總質量不算很多，但是卻有著巨大的能量釋放。因而吸積盤亮度極高，甚至於比整個星系恆星亮度總和還要亮上萬倍。部分活動星系核(AGN)因為其極高的亮度和極小的發光面積，在可見光波段上表現的和一顆明亮恆星別無二致，但是分析光譜卻發現它們離我們幾十億光年之遠。因而稱之為類星體（quasar)。

典型類星體: 離我們27億光年的3C 273，如下圖，在哈勃望遠鏡下觀測完全就是一個明亮的恆星，但是我們如果把中心遮去，累積曝光時間，就會看到右圖被類星體光掩蓋的宿主星系圖像。

由於吸積盤的旋轉，很多帶電粒子伴隨著旋轉，實際上形成了一個巨大的磁場，像一個電磁搶一樣加速粒子並以光速拋射出去，所以大多數類星體都有一個雙向噴流(Jet)。同樣是3C273，在光學和射電波段都會明顯的看到向著我們方向吸積盤的噴流。這種噴流極為準直，長度可達數萬光年，從而很容易被我們發現。

重力勢能唄。還是那句話，解決問題要靠計算，不計算說再多都沒用。

試算一下，取無窮遠處的重力勢能為零，則對於地球，1kg的物體在在地球表面處的重力勢能為 $-frac{GMm}{r}=-frac{6.67 imes10^{-11} imes6 imes10^{24} imes1}{6371000}=-6.28 imes10^7 m J$

也就是說，1kg的物體從無窮遠處落到地球表面，會釋放出 $6.28 imes10^7 m J$ 的能量。至於是以摩擦生熱還是別的什麼方式就無所謂了。

1kg物體的總質能是 $9 imes10^{16} m J$ ，重力勢能相比之下是微不足道的。

對於太陽，同樣1kg的物體落到太陽表面時能釋放 $1.9 imes10^{11} m J$ 的能量，大了幾個數量級，但還是遠小於總質能的萬分之一。

一顆典型的白矮星，質量和太陽相等，半徑和地球相等，可以算出1kg的物體落到白矮星表面時釋放的重力勢能是 $2.1 imes10^{13} m J$ ，已經超過萬分之一了。這個能量相當於5000噸TNT，或者廣島原子彈的四分之一。

一顆典型的中子星，質量是太陽的1.5倍，半徑20公里，1kg的物體落到中子星表面時釋放的能量會達到大約 $10^{16} m J$ ，也就是總質能的1/9，這個效率已經遠高於核聚變了。這個能量相當於240萬噸的TNT，略小於中國的第一顆熱核武器，330萬噸的當量。

一個典型的恆星級黑洞，比如天鵝座X-1，質量是太陽的8.7倍，史瓦西半徑26公里。這時已經不能直接套上面的公式簡單計算了，因為1kg的物體落向視界時質量的損失已經不能忽略不計了，因此需要積分。寫個簡單的python程序：

r = 999999999e3 e = 0 G = 6.67e-11 M = 8.7*2e30 m = 1 while r &> 26e3: r1 = r / 1.0001 de = -G*M*m/r1 - (-G*M*m/r) e += de m -= de / 3e8 / 3e8 r = r1 print("m=", "%.2f" % m, sep = "") print("e=", "%.2e" % e, sep = "")

計算結果：

m=0.61 e=3.52e+16

也就是說釋放的能量達到 $3.52 imes10^{16} m J$ ，1kg的物體還剩0.61kg了，損失了39%。

以上計算不一定正確。。。還請批評指正。

這是重力勢能，和聚變無關。

不過有可能不完全是摩擦，黑洞的噴流的形成和磁場，能層有關，但能量的根本來源是重力勢能。

如果是旋轉速度很快的黑洞，這一效率甚至能提高至42%。https://arxiv.org/abs/1003.0291

總之上升到天體物理學尺度，什麼能量和重力勢能相比都是浮雲。。。

試圖給一個詳細而通俗的回答，這個回答的內容或許已超出問題本身，不過希望對大家有所幫助：

引力導致了所有物質之間的普遍吸引。這種情況產生的一個可能結果就是吸積（accretion）——吸積是一個天體物理學的術語，描述的是一個巨大質量的中心天體從其直接鄰域攝取（accrete）物質的過程。吸積會使中心天體的質量變得更大，從而更好地從其周圍攝取物質。

作為更好地了解吸積的第一步，我們可以先從一個更加普遍的問題入手：當物質被中心天體吸引時，可能的結果有哪些？

如果中心天體是一個實體，那麼被吸引的物質會直接撞上中心物體表面，比如蘋果落到地球表面——地球的固體表面會阻止蘋果進一步下落，正因為這個固體表面的屏障作用，我們人類也不會掉進地球的中心。但是，如果這個中心天體是一個黑洞，被吸引的物質就會掉向黑洞的視界，並繼續落入黑洞之中。在這兩種下落情形中，物質都是筆直掉落的。

但這絕不是唯一的可能性。事實上，這種筆直掉落的情形在宇宙中是比較例外的。通常情況下，物質在足夠接近中心天體（可以產生顯著拉力的距離）前，一般都處於運動狀態。除非這個運動被精確地指向中心物體（這是一個特殊情況，因此非常罕見），否則，中心天體周圍運動的物質都會有一個側向運動的分量，如果這個分量足夠大，被中心天體吸引過來的物質就不會擊中它，而是經過它。

這種經過的情況所產生的可能性結果之一，是物質在進入太空之前，在沒有返回軌道的情況下，非常接近中心天體。另一個可能性結果是，這個運動的物質會在一個靠近中心天體的軌道上繼續圍繞中心天體運動，關於這個結果的眾所周知的例子，就是太陽系的行星圍繞太陽公轉。

還有一個可能性結果，比較複雜，可以在雙星系統中看見，這個雙星系統包括一個巨星，和一個緻密的大質量伴星，由於伴星的質量很大，它產生的地心引力大於旁邊的巨星，因而巨星外層的物質會被拉向伴星。然而，來自巨星的物質不會直接落在伴星上，因為這些物質具有足夠的側向運動來形成一個吸積盤。具體圖示如下：

圖片：左邊為巨星，右邊為緻密的伴星，伴星吸積巨星的物質，形成吸積盤。

角動量和物質在吸積盤中的命運

為什麼具有足夠的側向運動的物質，在被中心天體吸引時最終只是經過中心天體，並沒有直接撞向中心天體呢？這是角動量守恆的緣故。當物體在引力的影響下圍繞中心天體做軌道運動時，力學定律明確地說明：對於軌道物體，它的質量、與中心天體的距離以及它圍繞中心天體運動的速度的乘積，必須隨著時間的推移保持不變。例如，軌道行星不能突然改變航向，直接朝向太陽運動。如果行星想要直接撞向太陽的話，它的角動量必須突然跳轉為0。

對於行星來說，角動量的守恆會導致規則的軌道。在上圖的雙星系統中，圖示的巨星正在緩慢地旋轉，它外層區域的物質也同樣旋轉著，因此，這些旋轉著的外層物質的角動量大於0。當這些外層物質粒子受到伴星引力的吸引，朝向伴星運動時，角動量依然是守恆的，因而，會形成吸積盤。

當然，吸積盤的情況明顯比軌道行星更加複雜。力學定律規定所有物質粒子的角動量總和不能隨時間改變，但是完全允許一個粒子將其部分角動量傳遞給其他粒子。這被稱為角動量傳遞。例如，一旦發生湍流，這種傳遞就變得很重要。湍流是動態等離子體和氣體（以及流體）中的自然現象。重新分配角動量最有效的機制涉及等離子體物質，其中不同的粒子通過弱磁場彼此產生影響。最終結果是角動量從吸積盤的內部區域向外部區域重新分布。在此過程中，最內部區域的物質將會向外傳遞出足夠的角動量，最後就會落到中央天體上（或落入其中）。通過這種方式，越來越多的物質被吸積到中心天體上（或落入其中）。如果沒有角動量轉移，這種通過吸積產生的質量增長是不可能發生的。

明亮的吸積盤

宇宙中目前所知的最有效的物質收集器是最緻密的天體：黑洞。它們是完美的「時空陷阱」。一旦黑洞吸積其附近的物質，就會將其周圍的環境變成宇宙中最亮和最壯觀的區域。

黑洞可以通過幾種方式照亮所在的宇宙社區。有些方式需要非常特殊的環境，但有一個普遍存在的方式，就是物質落入黑洞時產生熱輻射。當物質向黑洞中心運行時，在引力的影響下，它會擁有越來越快的速度，獲得越來越多的動能。可是一旦落入物的粒子跳入吸積盤中後，該粒子的運動就會受到干擾。在吸積盤中，由於所有粒子間的經常性碰撞，這些粒子並不存在可以很好定義的簡單的軌道。相反的，所有的粒子都處於無序運動中，這種無序運動包含渦流和不穩定性——就像在湍流中一樣——而這種運動在吸積盤中則是非常常見的。

根據物理學的定義，無序的微觀粒子運動是熱運動，並且因此直接與溫度相關。隨著粒子運動變得無序和混亂，吸積盤中的物質就被加熱到非常高的溫度。在100倍太陽質量的特大質量黑洞外圍的吸積盤中，最高溫度約為100萬開爾文；而對於恆星質量黑洞周圍的吸積盤，其最高溫度可以達到前者的100倍。相比之下，太陽中心的溫度約為1500萬開爾文。——你可以發現恆星質量黑洞周圍吸積盤的溫度比太陽中心溫度要高得多。

在物理學中，只要有熱量，就會有熱電磁輻射。隨著溫度增加，以輻射的形式發射的能量也增加。黑洞周圍吸積盤的溫度足夠得高，使得吸積盤中的物質放射出大量的高能X射線。

實際上，黑洞吸積盤產生輻射的效率比核聚變的效率大約高30倍，我們知道，核聚變是負責太陽和其他恆星光度的能量轉換機制。到目前為止，沒有天文學家拍攝到黑洞周圍吸積流的詳細圖像——因為這需要比目前的望遠鏡更高的解析度。然而，天體物理學家有間接的方法來測試他們對這種黑洞附近發生的事情的假設：通過計算機模擬，他們可以預測吸積盤的光譜。這些光譜攜帶了局部條件的明確印記——強的引力紅移指示中心物體的緊湊性，系統多普勒頻移則記錄下物質在周圍盤中以接近光速的速度運動。每當觀察顯示集中在最內部區域的質量足夠高——並且在該特定點沒有可見的發光對象時，中心物體就很可能是黑洞。

以上就是有關吸積盤的物理細節。

這個回答是我在網易號上的文章《餵養銀河系中心貪婪的特大質量黑洞》節選，更多有關黑洞的信息可以關注我的網易號「一心的未來世界」，我正在持續更新這個系列。謝謝。

第一，你需要考慮質量。第二你要考慮速度。這兩個基本上都是天文數字（本來也是天文的）

質量轉換能量都是一樣的，E=mc2
氘和氚結合成氦，質能轉換比為(2*H+3*H-He)/(2*H+3*H)=(2+3-4)/(2+3)=1/5=20%
理論上核聚變能轉換20%吧……"星體熱核聚變才能轉換5%"怎麼來的。

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我算錯了，氘-氘反應 -- 兩個氘原子結合，生成一個氦 3 原子和一個中子，我沒算這個中子。。
這樣算核聚變前後質量沒差多少，不可能會是5%。
約為(2.014+3.016-4.002602-1)/(2.014+3.016)≈0.005=0.5%