5 Minuten
Jahrelang galten Jets von Schwarzen Löchern als das ultimative Machtsignal des Universums: schmale, heftige Plasmastrahlen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit abgestoßen werden und weit über ihren Entstehungsort hinausschießen. Cygnus X-1 schien genau dieses Bild zu bestätigen. Doch neue Forschung hat etwas viel Überraschenderes enthüllt. In diesem berühmten Schwarzen-Loch-System dominieren die Jets nicht einfach ihre Umgebung - sie werden von einem Sternenwind umgelenkt.
Diese Wendung verändert die Geschichte. Und zwar erheblich.
Veröffentlicht in Nature Astronomy, konzentriert sich die neue Studie auf Cygnus X-1, eines der bekanntesten Schwarzen-Loch-Systeme am Himmel und das erste jemals identifizierte Schwarze Loch. Es koppelt ein Schwarzes Loch von etwa 21 Sonnenmassen mit einem riesigen Begleitstern von knapp 40 Sonnenmassen. Die beiden Objekte kreisen alle 5,6 Tage in einer engen, unnachgiebigen Umlaufbahn umeinander, weniger wie ein friedliches Doppelsternsystem und mehr wie ein gravitativer Tauziehen.
Das Schwarze Loch nährt sich seit etwa 20.000 Jahren an seinem Begleiter und zieht Material aus dem starken Ausstrom des Sterns an. Ein Teil dieses Gases verschwindet jenseits des Ereignishorizonts und kehrt niemals zurück. Ein anderer Teil bewirkt etwas noch Dramatischeres: Er speist Magnetfelder, die Zwillingsjets mit relativistischer Geschwindigkeit ausstoßen, Energie über erstaunliche 16 Lichtjahre transportieren und eine riesige Blase heißen Gases im interstellaren Raum aufblähen.
Das wussten Astronomen bereits. Das fehlende Puzzlestück war jedoch härter zu fassen: Wie leistungsstark sind diese Jets zu jedem beliebigen Zeitpunkt?
Es klingt wie eine einfache Frage. Ist es nicht. Jets von Schwarzen Löchern sind hell, schnell und spektakulär, aber ihre momentane Energieabgabe genau zu bestimmen, war notorisch schwierig. Diesmal kamen die Forscher der Antwort näher, indem sie extrem hochaufgelöste Radiobeobachtungen verwendeten und Teleskope über Tausende von Kilometern kombinierten. Es ist dieselbe Grundtechnik, die das erste Bild eines Schwarzen Lochs ermöglichte, und hier erlaubte sie den Wissenschaftlern, Form und Bewegung der Jets von Cygnus X-1 in außergewöhnlichen Details zu verfolgen.
Was sie fanden, war eindrucksvoll. Der Sternenwind des Begleitstars ist so heftig, dass er die Jets des Schwarzen Lochs im Verlauf der Umlaufbahn abknickt. Statt in eine perfekt feste Richtung zu schießen, schwanken die Jets unter dem Druck, fast wie Wasserströme, die von einem heftigen Windstoß seitlich gedrückt werden. Von der Erde aus entsteht dadurch der Eindruck, dass die Jets im Takt der Umlaufbahn tanzen.
Das ist nicht nur eine visuelle Kuriosität. Es ist der Schlüssel zur Messung.
Indem das Team modellierte, wie die Jets durch den Wind des Sterns abgelenkt werden, konnte es erstmals die momentane Leistung der Jets abschätzen. Ihr Ergebnis setzt die Leistung auf etwa das Äquivalent von 10.000 Sonnen. Das ist nach alltäglichen Maßstäben eine extraordinäre Zahl, doch sie hat auch tiefere wissenschaftliche Bedeutung: Selbst ein Jet eines Schwarzen Lochs, eines der extremsten Phänomene der Astrophysik, kann von seiner Umgebung geformt werden.
Der Begleitstern in Cygnus X-1 ist kein gewöhnlicher Nachbar. Sein Sternenwind reißt in einer Rate, die etwa 100 Millionen Mal größer ist als der Sonnenwind unserer Sonne, Masse fort und treibt dieses Material mit rund dem Dreifachen der Windgeschwindigkeit der Sonne nach außen. Anders gesagt: Das ist keine sanfte Brise. Es ist ein kosmischer Wirbelsturm, und er ist stark genug, Materie, die vom Rand eines Schwarzen Lochs geschleudert wird, umherzustoßen.
Das ist weit über dieses eine System hinaus von Bedeutung. Schwarze Löcher verschlingen nicht nur. Sie geben auch heftig zurück. Wenn Materie nach innen fällt, wird ein Teil der Energie in Jets umgelenkt, die die Umgebung erwärmen und stören. Im Fall supermassereicher Schwarzer Löcher im Zentrum von Galaxien kann dieses Feedback die Sternentstehung regulieren, galaktisches Gas verändern und Strukturen in enormem Maßstab beeinflussen.
Doch Astronomen sehen sich seit langem mit einem Buchhaltungsproblem konfrontiert. Röntgenstrahlung kann zeigen, wie schnell ein Schwarzes Loch gefüttert wird, weil das einfallende Gas auf dem Weg nach innen stark aufheizt. Aber in Echtzeit zu messen, welcher Anteil dieser Energie in die Jets gelenkt wird, war weitaus schwieriger. Ohne diese Zahl bleiben Modelle des Feedbacks von Schwarzen Löchern unvollständig.
Cygnus X-1 bietet nun einen Weg nach vorn. Durch den Vergleich der Fütterungsrate des Schwarzen Lochs mit der Leistung, die von seinen Jets abgeführt wird, können Forscher beginnen, dieses kosmische Energiebudget genauer auszugleichen. Das wiederum kann Simulationen schärfen, wie Schwarze Löcher Galaxien und das weitere Universum formen.
Was diese Entdeckung einprägsam macht, ist nicht nur die Zahl, die den Jets zugeordnet ist, sondern die dahinterstehende Lehre: Selbst in den extremsten Ecken des Kosmos zählt der Kontext.
Ein Schwarzes Loch mag eine der heftigsten Motoren der Natur sein, doch in Cygnus X-1 hat ein benachbarter Stern dennoch ein Wort mitzureden. Und das macht dieses System so faszinierend, denn manchmal offenbart das Universum seine Geheimnisse nicht nur durch rohe Gewalt, sondern durch das Zusammenspiel konkurrierender Kräfte.
Kommentar hinterlassen