印度天文学家汇总钱德拉、XMM-Newton和Swift对NGC 4490 ULX-8在24年间所做的39次观测，这是一个约2500万光年外的明亮X射线源，结果发现它符合一个以爱丁顿极限或接近该极限吸积的恒星质量黑洞

印度几家研究所的研究人员，把对一个明亮源长达24年的X射线观测汇总成了一项研究。这个源是NGC 4490 ULX-8，位于一个约7.8兆秒差距外的星系中（这是论文采用的距离，约合2500万光年），团队发现它的辐射符合一个以爱丁顿极限或接近该极限吸积的恒星质量黑洞。这项工作用了2000年至2024年间的14次钱德拉、6次XMM-Newton和19次Swift-XRT观测。科学和技术部于2026年11月2日公布了这项成果，并说它已发表在《皇家天文学会月报》（MNRAS）上。

作者是塔朗·瓦希什特（Tarang Vashisht）、阿鲁·贝里（Aru Beri）、塔努曼·戈什（Tanuman Ghosh）、阿曼·乌帕迪亚伊（Aman Upadhyay）和维克拉姆·拉纳（Vikram Rana），分别来自莫哈利印度科学教育与研究所（IISER Mohali）、印度天体物理研究所（IIA）、校际天文学和天体物理学中心（IUCAA）和拉曼研究所（RRI）。

一个比自身极限还亮的源

超亮X射线源，简称ULX，是位于星系中心之外的点状X射线发射体，辐射超过每秒10³⁹尔格。论文指出，这大致相当于一个10倍太阳质量的黑洞的爱丁顿极限。发布稿把ULX描述为中子星或黑洞从伴星上吸走气体，落入的气体升温并发出X射线。

爱丁顿极限是光向外的推力与引力对气体向内的拉力达到平衡时的亮度。它随天体质量增大。美国物理学会出版的一篇物理学评论称它是一条经验法则，来自一个理想化的球形模型，并列出了更厚的吸积盘、喷流和并合等黑洞可能超过它的方式。

对于ULX，论文给出两种解读。一种是比通常更重的黑洞。另一种是恒星质量黑洞或中子星以接近或超过该极限的速率吸积，由气体外流或束流效应帮助，论文说越来越多的证据支持这一种。出现脉冲时，问题就有了答案：论文统计到10多个脉冲ULX，每一个都是中子星。ULX-8没有显示任何脉冲。关于通向黑洞的其他途径，见我们关于事件视界望远镜和黑洞相撞产生的引力波的文章。

为什么是这对星系，为什么是这个源

NGC 4490是一个旋涡星系，正与较小的不规则星系NGC 4485相互作用。论文引用这对星系每年约4.7个太阳质量的稳定恒星形成率。2002年，蒂莫西·罗伯茨（Timothy Roberts）及其同事报告了一次20千秒的钱德拉观测，在那里发现了六个ULX，其中五个可能是黑洞双星，第六个可能是超新星遗迹，并指出它们都位于恒星形成区。2008年的一份星表后来把这个系统里的ULX从1到8编了号。

ULX-8适合做长期研究，因为它相对孤立。ULX-1、3和4靠得很近，源的污染使XMM-Newton的分析变得复杂，而ULX-8让团队可以在直径最大19角秒的圆内提取它的光。此前对它的研究，包括2009年詹姆斯·格拉德斯通（James Gladstone）和罗伯茨的一项研究，用的是2000年至2004年间的四次钱德拉和XMM-Newton观测。论文列出新研究所用39次观测中的22次（两次来自XMM-Newton，一次来自钱德拉，另有全部19次来自Swift），说此前对这个源都没有探索过。

三台望远镜的三十九次观测

钱德拉于1999年7月23日发射，XMM-Newton于1999年12月10日发射，Swift于2004年11月20日发射。论文说，一些Swift的指向和一次钱德拉观测，对准的是NGC 4490中的超新星SN 2008ax，同时把ULX-8也拍进了同一视场。团队检查了这颗超新星的位置，没有发现可能污染Swift数据的X射线发射。

最早用的观测是钱德拉2000年11月3日的那次。最晚的是Swift 2024年5月4日的那次。团队用了所有可用的钱德拉和XMM-Newton观测，只有两次因可用曝光太少而除外，Swift观测则保留了源高出噪声三倍以上的那些，最后剩下19次。

合著者阿鲁·贝里，发布稿称她是IIA的教员，称这一结果是“迄今对这个源时间最长的X射线研究之一”。论文自己的措辞是，这是迄今对ULX-8最全面的研究。论文把贝里在IISER Mohali的地址列在第一位，IIA排第三。第一作者瓦希什特是IISER Mohali的学生，论文的致谢说，这项工作始于RRI的访问学生项目。

所有数据都来自公共档案库：美国国家航空航天局的HEASARC、欧洲空间局的XMM-Newton档案库和钱德拉数据档案库。印度自己的X射线天文台AstroSat没有参与这次分析。

24年的光是什么样子

这个源始终保持超亮状态。它的亮度在多年尺度上变化很大，在任何单次观测内只有小幅变化。在较短的时间尺度上，论文测得的起伏有：2020年11月至2021年8月大约每月一次的钱德拉系列观测中，变化因子为3.73（正负1.04）；2008年3月和4月的Swift数据中为2.59（正负1.37）。

变化幅度取决于拟合能谱所用的模型。吸积盘模型给出的光度约为2至5乘以10³⁹尔格每秒，幂律模型给出的约为3至20乘以10³⁹。最近两次Swift观测，2022年12月1日和2024年5月4日，显示出急剧上升：每百秒约2.4和2.8个计数，而此前17次Swift观测为0.65至1.5。作者说，这可能反映的是气体落入速率的变化，而不是吸积状态之间的切换。

能谱是一条平滑的单一曲线，峰值在1至2千电子伏，没有分开的硬成分或软成分。光子指数描述X射线光子数随能量下降的快慢，范围是0.9至2.7。盘内缘的温度为1.0至1.6千电子伏。

我们银河系里的许多黑洞双星会在不同的硬态和软态之间摆动，在硬度对亮度的图上表现为一条回环轨迹。ULX-8没有显示这两者之间的清晰转变。发布稿把这描述为吸积状态之间没有剧烈的转变。

团队怎样把它解读为黑洞

有两条论据指向同一个方向。第一，这个源的硬度比为0.84至3.04，光子指数也把它放在了中子星ULX所在的较硬区域之外，论文说它的能谱与超临界流预期的盘主导辐射相符。第二，团队把拟合出的盘的大小换算成质量。在假设盘倾角为60度的情况下（真实角度未知时的常见选择），不自转的黑洞结果约为17个太阳质量，快速自转的黑洞约为81个。作者称这些是示意性的、依赖模型的数值。

论文自身有两点提醒。盘温度与光度之间的关系约束较弱，既符合薄盘图像也符合slim盘图像，因此无法区分吸积形态。而光度取决于距离，在这里距离本身也不确定：论文指出，哈勃对两个星系中恒星的测量给出NGC 4490为6.5兆秒差距、NGC 4485为8.8兆秒差距，这与近距离相互作用不符，所以它保留塔利-费舍尔关系得出的7.8兆秒差距，以便与早先的X射线研究保持可比。

在极限、接近极限还是超过极限

发布稿对结论有两种说法。一段把结果称为黑洞以超过经典爱丁顿极限的速率吸积的有力证据。后面的一段说ULX-8最有可能是以极限或接近极限吸积的恒星质量黑洞。论文摘要用的是第二种形式：结果与一个在爱丁顿极限或接近该极限运行的恒星质量黑洞相符。转述发布稿的IBG News也给出“在极限或接近极限”。本文遵循论文。

接下来

发布稿点名了两台可以延长这份记录的仪器：欧洲空间局的NewAthena X射线天文台，以及印度拟议中的XSat，后者被描述为新一代计时和光谱任务。本文查阅的消息来源中没有关于XSat的更多细节。完成了大部分工作的IIA和RRI，都是科学和技术部下属的自治研究所。NewAthena任务页面给出的计划发射时间是2037年，欧洲空间局的批准目标定在2027年。