Seit über sechs Jahrzehnten gilt Cygnus X-1 als Eckpfeiler der modernen Astrophysik. Als erstes Schwarzes Loch, das jemals von Wissenschaftlern bestätigt wurde, diente es als Primärlabor zur Prüfung unseres Verständnisses von Schwerkraft und Raumzeit. Nun ist es einer bahnbrechenden neuen Studie endlich gelungen, die Energie seines schwer fassbaren Merkmals zu messen: seiner „tanzenden“ relativistischen Jets.
Ein kosmisches Tauziehen
Cygnus X-1 liegt etwa 7.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schwan und ist kein Einzelgänger. Er existiert in einem hochriskanten Doppelsternsystem mit einem blauen Überriesenstern, der als HDE 226868 bekannt ist.
Die Beziehung ist räuberisch: Das Schwarze Loch, das etwa 21-mal massereicher als unsere Sonne ist, streift unaufhörlich die äußeren Schichten seines Begleitsterns ab. Diese eingefangene Materie bildet eine überhitzte, wirbelnde Akkretionsscheibe, die im Röntgenlicht intensiv leuchtet. Während sich das Schwarze Loch dreht, schleudern seine immensen Magnetfelder zwei starke Plasmastrahlen – Jets – von seinen Polen nach außen.
Das Phänomen der „Dancing Jets“
Obwohl Astronomen seit langem wissen, dass diese Jets existieren, war es in der Vergangenheit äußerst schwierig, sie genau zu messen. Diese Schwierigkeit ergibt sich aus einer einzigartigen himmlischen Interaktion:
- Die Ursache: Der Begleitstern HDE 226868 sendet starke Sternwinde aus – unsichtbare Böen geladener Teilchen.
- Der Effekt: Diese Winde stoßen ständig gegen die Jets des Schwarzen Lochs und stoßen sie vom Stern weg.
- Die Bewegung: Da die beiden Objekte einen gemeinsamen Massenschwerpunkt umkreisen, scheinen die Jets aus unserer Perspektive auf der Erde zu schwanken oder zu wackeln.
Der leitende Forscher Steve Prabu von der Universität Oxford beschreibt diese Bewegung als „tanzende Jets“. Durch die Kombination von Radioteleskopdaten aus der ganzen Welt konnten die Forscher endlich diese konstante Bewegung erklären und die wahren Eigenschaften der Jets berechnen.
Wichtigste Erkenntnisse: Geschwindigkeit und Leistung
Die in Nature Astronomy veröffentlichte Studie zeigt das erschütternde Ausmaß dieser Abflüsse:
– Geschwindigkeit: Die Jets bewegen sich mit ungefähr 335 Millionen Meilen pro Stunde (540 Millionen km/h), was ungefähr der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit entspricht.
– Energieabgabe: Die Jets strahlen eine Energie aus, die etwa 10.000 Sonnen entspricht.
– Effizienz: Am wichtigsten ist, dass die Forschung ergab, dass etwa 10 % der Energie, die freigesetzt wird, wenn Materie in das Schwarze Loch fällt, von diesen Jets weggetragen wird.
Warum dies für die moderne Physik wichtig ist
Diese Entdeckung ist mehr als nur eine Messleistung; es stellt einen entscheidenden „Anker“ für die theoretische Physik dar.
Seit Jahren verwenden Wissenschaftler groß angelegte Simulationen, um die Entwicklung des Universums zu modellieren, wobei sie von einem Energietransfer von 10 % über Jets ausgehen. Bisher war dies eine theoretische Annahme. Durch die Bestätigung durch direkte Beobachtung von Cygnus X-1 können Wissenschaftler nun ihre Modelle validieren.
Da außerdem davon ausgegangen wird, dass die Gesetze der Physik universell sind, gelten diese Erkenntnisse für alle Schwarzen Löcher – von kleinen Objekten mit stellarer Masse wie Cygnus Das Verständnis dieser Jets ist für das Verständnis der galaktischen Entwicklung von entscheidender Bedeutung, da diese massiven Ausflüsse als „Rückkopplungsschleife“ wirken und die Gas-, Staub- und Sternentstehung der gesamten sie umgebenden Galaxie beeinflussen.
„Da unsere Theorien darauf hindeuten, dass die Physik rund um Schwarze Löcher sehr ähnlich ist, können wir diese Messung nun nutzen, um unser Verständnis von [anderen] Jets zu verankern“, sagt Co-Autor James Miller-Jones.
Schlussfolgerung: Durch die erfolgreiche Messung der unregelmäßigen, „tanzenden“ Jets von Cygnus
