近日，中国科学院上海天文台余文飞研究员领导的高能观测团组与国际合作团队在微类星体射电干涉观测和黑洞喷流物理领域取得系列重要进展。

约三十多年前，天文学家首次在银河系内黑洞X射线双星中发现视超光速（superluminal）的相对论性喷流，证明了宇宙中存在类比遥远类星体的近邻微类星体，这打开了通过观测银河系内X射线双星研究黑洞相对论性喷流的窗口。然而，之前的观测显示，微类星体中相对论性喷流的洛伦兹因子明显小于在河外超大质量黑洞相对论性喷流中观测到的典型值。因此，在黑洞吸积和喷流领域形成了“微类星体相对论性喷流处于较低相对论性物理区间”的有偏观念。

上海天文台高能观测团组与国际合作团队利用南非MeerKAT射电干涉阵列望远镜的观测，于2021年发现了黑洞X射线双星4U 1543-47在2021-2023年X射线爆发中产生的致密喷流（compact jet）和间歇性喷流(episodic jet)。结合空间天文望远镜多波段协同观测和X射线全天监视器的监测，研究团队对黑洞双星总共实施了超过20个月的高空间分辨率射电干涉观测，监测其致密喷流和间歇性喷流，包括准确测量间歇性喷流喷射物团块的自行，最终发现：（1）视超光速间歇性喷流的洛伦兹因子约高达8或以上（约0.992倍光速），显著高于之前在微类星体喷流中观测到的最大值约2.4^[1]；（2）致密喷流的洛伦兹因子变化范围约1-2，观测表现为特殊的射电流量增强及较大流量动态变幅[2]；（3）间歇性喷流和致密喷流均被限制为一致的小倾角，分别小于约21°[1]和小于约20°^[2]；（4）确认该黑洞双星在单次吸积爆发中至少产生了两次间歇性喷流，且在误差范围内及在°量级上具有一致的喷射方位角^[1]。这些结果证明了银河系内包含恒星质量黑洞的微类星体喷流具有河外超大质量黑洞喷流类似的相对论性区间。从吸积-喷流演化时标看，我们虽然无法通过观测超大质量黑洞系统的完整吸积-喷流循环，却可以在人类观测时标上研究微类星体中恒星质量黑洞的完整吸积-喷流循环，这有利于揭示黑洞产生极端相对论性喷流的决定因素和物理机制。

科研团队的上述发现不仅颠覆了前述长期形成的有偏观念，还证明了银河系内的微类星体也是黑洞极端相对论性喷流的最近邻天体实验室。此项研究包含对黑洞双星4U 1543-47间歇性喷流及喷射物团块历史上的首次探测。此外，该项研究还取得了迄今对微类星体喷流观测的其他几项记录，如微类星体喷流中迄今观测到的最快自行、最长自行（投影）距离、最小喷流倾角等。黑洞双星4U 1543-47的喷流具有小倾角，而小喷流倾角具有更准确限制洛伦兹因子下限的观测优势，因此，此项研究倾向支持相当多（substantial）的微类星体喷流都具有类似极端的相对论性^[1]。相关研究已被Nature Communications编辑列为亮点研究成果。

对该黑洞喷流及喷射团块的自行做出关键探测并进行系统测量的原上海天文台博士生、现贵州大学张先博士指出：“观测和数据处理中的严谨、物理分析中的批判性思维和国际顶尖合作组扎实的观测和数据支撑，助力我们发现了微类星体中迄今观测到的最极端的相对论性视超光速喷流，使我们通过单个黑洞天体极端射电喷流的观测，颠覆之前黑洞喷流研究领域长期形成的有偏认知”。在合作组内将4U 1543-47等几个特殊黑洞双星系统纳入上海天文台团队负责的微类星体观测对象、并在本项研究中提出了对确认间歇性喷流产生先后两次喷射起决定作用的“物理考虑三项规则”^[1]的余文飞研究员表示：“此项研究成果不仅证明了银河系内微类星体是吸积黑洞天体极端相对论性喷流的近邻天体实验室，还对将来在银河系内发现喷流指向地球观测者的microblazar的预期观测特征给出了可靠线索。”此项研究构成了对恒星质量黑洞中的极端的相对论性喷流（包括间歇性喷流和致密喷流）的系统研究。

该研究团队由南非MeerKAT射电望远镜大型巡天观测项目合作组（MeerKAT/ThunderKAT/XKAT）成员构成，包括原中国科学院上海天文台博士生、现贵州大学张先博士(第一作者)和上海天文台余文飞研究员（第二作者和通讯作者），以及来自英国牛津大学、澳大利亚科廷大学、意大利国家天体物理研究所、荷兰阿姆斯特丹大学、南非开普敦大学等十余所大学或科研机构的其他16位资深和年轻研究人员。上海天文台团队在此项研究中得到了国家自然科学基金（12373050，U1838203）的支持。

图：黑洞X射线双星4U 1543-47视超光速喷流及其喷射物团块自行示意图（左图），前后两次喷流喷射（E1和E2）团块的方位角测量（右上图），以及黑洞核心致密喷流射电辐射与X射线辐射光度的相关（右下图）。左图由南非MeerKAT射电干涉阵列望远镜的单次观测实际探测图像按时间顺序和时间跨度构成^[1]。图中角距离（Angular Separation）为0处显示的射电源对应黑洞双星的致密喷流辐射，角距离偏离0的射电源为喷流喷射物团块对应的射电辐射。通过追踪喷射物团块的自行（注：同一团块在不同时刻处于不同位置），我们对喷流的洛伦兹因子给出了限制。喷流喷射物团块最终距离黑洞双星超过了1 秒差距（投影距离），是迄今在微类星体喷流中观测到的最远值。右上图显示黑洞喷流在单次黑洞吸积爆发中先后两次喷流喷射团块具有一致的方位角^[1]。右下图显示该黑洞双星的致密喷流辐射具有特别的射电噪^[2]，可高达几倍于其他微类星体致密喷流的射电流量，偏离大部分微类星体中的射电-X射线流量相关关系,符合近似指向观测者的相对论性喷流的洛伦兹因子具有动态变化范围的预期。

论文链接：

[1] “Jets from a stellar-mass black hole are as relativistic as those from supermassive black holes” https://www.nature.com/articles/s41467-026-72897-5

[2] “Peculiar radio-bright behaviour of the Galactic black hole transient 4U 1543−47 in the 2021–2023 outburst” https://doi.org/10.1093/mnrasl/slaf008

科学联系人：

余文飞，中国科学院上海天文台，wenfei@shao.ac.cn

张  先，中国科学院上海天文台/贵州大学，zhangxian@gzu.edu.cn