一个国际研究小组报告了XRISM对位于我们银河系的黑洞X射线双星4U 1630-472的观测结果。XRISM是一颗由日本与美国和欧洲合作开发的X射线天文卫星，于2023年9月7日从种子岛宇宙中心发射升空。

此次观测是在爆发的逐渐消退阶段进行的，成功捕捉到了系统最暗X射线状态下高度电离的铁吸收线。这些结果为黑洞在其最暗X射线阶段周围的热气体结构和运动提供了难得的视角，为理解这些极端系统如何演化以及如何与周围环境相互作用提供了新的见解。

该研究成果发表在《天体物理学杂志快报》上。研究团队由密歇根大学的Jon M. Miller教授、福冈师范大学的Misaki Mizumoto博士和爱媛大学的Megumi Shidatsu博士领导。

黑洞的质量从几倍太阳质量到数十亿倍太阳质量不等。黑洞X射线双星包含一个恒星质量的黑洞，其质量通常不到太阳质量的几十倍，绕着一颗普通恒星运行。从伴星吸入的气体螺旋状地向黑洞靠近，形成一个极热的吸积盘。在其内部区域，温度可达到近1000万开尔文，产生强烈的X射线辐射。

目前已知约有100个已确认或候选的黑洞X射线双星，其中包括著名的天鹅座X-1。这些系统大部分时间处于暗淡状态，但偶尔会爆发，其X射线亮度在短短一周内即可增加10,000倍。在此类事件中，一些系统会从其吸积盘中发射出强大的风，但触发如此强烈爆发和发射风的条件仍不清楚。研究这些恒星质量黑洞还能为理解星系中心超大质量黑洞的行为提供宝贵的见解，这些黑洞可能对恒星形成和星系演化产生深远的影响。通过近距离观测恒星质量黑洞，天文学家旨在揭示塑造宇宙环境的普遍过程。

XRISM 搭载了 Resolve，这是一款尖端的软 X 射线光谱仪，能够以前所未有的精度测量 X 射线能量。常规运行开始后不久，团队观测到了位于矩尺座的黑洞 X 射线双星 4U 1630–472。在 2024 年 2 月 16 日至 17 日的约 25 小时内，XRISM 捕捉到了该系统在爆发尾声恢复平静之前的状态，当时它的 X 射线亮度已经下降到峰值的十分之一左右。

观测瞬态现象需要快速协调。团队每天使用广角X射线仪器对黑洞X射线双星进行监测，并与XRISM的运营团队密切合作，在短时间内调整了观测计划，最终使此次观测成为可能。

即使在如此暗淡的阶段，所得光谱也显示出来自高度电离铁的清晰吸收线。值得注意的是，在观测的后半段，尽管X射线亮度几乎没有变化，但吸收却增强了。

分析表明，吸收气体位于外吸积盘，移动速度低于约200公里/秒——远低于在较亮阶段观测到的约1000公里/秒的风速。在如此低的速度下，气体仍然受到黑洞的引力束缚。观测后半段吸收量的增加很可能来自吸积盘外缘的局部气体云，该云可能形成于伴星坠落的气流与吸积盘碰撞的地方。这些观测标志着首次在如此低的光度下解析出黑洞X射线双星的详细吸收特征。得益于XRISM卓越的光谱能力，天文学家得以绘制出黑洞附近热气体的运动和分布，而此前这一区域此前是无法观测到的。

结果表明，即使X射线输出较弱，黑洞周围也可能存在高度电离的气体，甚至可能在运动。这为理解吸积盘中气体的流入和流出，以及可能触发风形成的物理条件提供了宝贵的见解。

这些结果表明，在观测到的暗淡状态下，高温气体并没有以风的形式逸出系统。然而，在更明亮的状态下，4U 1630-472 被发现发射出强大的高速外流，这引发了关键问题：

光度和盘结构中的哪些具体条件会触发气体加速形成快速风?

这种风向周围环境注入了多少质量和能量?

该团队的下一个目标是利用XRISM望远镜捕捉未来不同亮度水平的爆发，从而追踪气体特性随时间的变化。他们目前已做好待命准备，准备在下一次黑洞X射线双星爆发时迅速做出反应。

更多信息： Jon M. Miller 等人，《XRISM 光谱学：恒星质量黑洞 4U 1630-472 的爆发》，《天体物理学杂志快报》(2025 年)。期刊信息： 《天体物理学杂志快报》