发射宇宙线的黑洞喷出X射线喷流

我们银河系中一些能量最高的粒子可能来自微类星体：一个黑洞或中子星从伴星吸积物质，并发射出相对论性喷流。西藏ASγ、HAWC和LHAASO（高海拔宇宙线观测站）等地面阵列已经从其中几个天体探测到100 TeV以上的伽马射线。这使微类星体成为一类新的拍电子伏特加速器（PeVatron）——能把粒子加速到一拍电子伏特，即一千万亿电子伏特的加速器。

第一个被确认的是SS 433及其星云W50。第二个是人马座V4641（V4641 Sgr）。

伽马射线冠军

V4641 Sgr是TeV伽马射线波段最亮的微类星体。它的伽马射线辉光能量探测到高达0.8 PeV，在天空中延伸约一度，其能谱是银河系TeV源中“最硬”的之一。它的核心是一个6.4倍太阳质量的黑洞和一颗2.9倍太阳质量的伴星，距离约6.2千秒差距。该系统在1999年发生过一次强烈爆发，此后大约每两年爆发一次；1999年爆发期间曾观测到射电喷流。

然而，X射线望远镜过去大多在爆发期间观测它，那时中心源的光芒盖过了一切。XRISM卫星在2024年曾看到扩展X射线的迹象，但那是在一次爆发刚结束后，而且只覆盖了部分区域。

等待寂静

东京大学和理化学研究所（RIKEN）的辻直美（Naomi Tsuji）、意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台的卡泰丽娜·特雷索尔迪（Caterina Tresoldi），以及来自日本、意大利、美国、中国、加拿大、法国等地的约四十位同事，选择了相反的策略。在用其他仪器确认黑洞处于安静状态后，他们于2025年9月把XMM-牛顿望远镜对准整个伽马射线区域：共四次指向观测，每次30到40千秒。当时中心源比XRISM观测时暗了约三个数量级。

结果发现视场中挤满了点源——活跃恒星、白矮星、遥远星系——团队把它们屏蔽掉，以寻找弥散光。

XMM-牛顿拍摄的V4641 Sgr区域（星号）图像，白色为H.E.S.S.的伽马射线等值线；右图为两个新的扩展X射线源n1和s1。——图1，Tsuji、Tresoldi等（2026），arXiv:2610.02966。

喷流轴线上的两个结

在2–5 keV波段，两片扩展区域格外醒目，仿照SS 433已知的结分别命名为n1（北）和s1（南）。它们距离双星约23和25秒差距，大致沿射电喷流轴线排列（偏差在16°和10°以内），并位于伽马射线辐射区之内。探测显著性：n1为20个标准差，s1为7个标准差；n1在两次独立观测中都出现了。

这是在该系统中首次探测到长达数十秒差距的X射线喷流结构。这样的结构只在少数几个X射线双星中为人所知。

它们的能谱是平滑的幂律谱，没有热气体的发射线；热模型的拟合效果要差得多。作者将其解读为同步辐射：能量达数TeV的电子在磁场中螺旋运动。

弱磁场，局部增强

把X射线和伽马射线放在一起建模——两者由同一批电子产生——得出结中的磁场仅为3到5微高斯，而在伽马射线瓣的其他区域则为1到2微高斯或更低。磁场很弱，但在局部得到了放大。

这正是与SS 433的关键区别，后者的结位于相近的距离上：SS 433的X射线亮度约为伽马射线的十倍，而V4641 Sgr的X射线亮度约为伽马射线的十分之一，因为它的磁场更弱。作者认为，这可能是因为其喷流平均功率较低，或者周围环境更稀薄，因为V4641 Sgr位于银盘下方约5度处。

有两种解读仍未定论：这些结可能本身就是喷流受到激波冲击的加速场所，也可能是下游结构。要在这样的磁场中、在约5秒差距的范围内把粒子加速到PeV能量，喷流的速度需要至少达到光速的十分之一。由质子而非电子产生的粒子也不能排除。

把目光移离中心

作者提醒，未分辨的点源仍可能有贡献，而弥散的外观可能部分源于有限的分辨率。钱德拉和NuSTAR的观测已经排定。一篇利用爱因斯坦探针卫星的姊妹论文报告了一致的X射线结构。他们给其他天文学家的建议很简单：在安静期，把望远镜指向明亮中心之外的地方，去寻找这些结。