Das Schwarze Loch Cygnus X-1 wurde 1972 vom US-Astronomen Tom Bolton entdeckt und umkreist einen sogenannten Blauen Riesenstern mit der Bezeichnung HDE 226868. „Cygnus X-1 ist das erste Schwarze Loch, das in unserer Milchstraße entdeckt wurde“, erläuterte der Astrophysiker Jörn Wilms von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).
Die tatsächliche Entfernung des Systems von der Erde konnte bisher allerdings nur grob geschätzt werden, ebenso wie die Massen des Schwarzen Lochs und seines Begleitsterns. Wilms brachte daher ein Forschungsprojekt auf den Weg, zu dem sich ein internationales Team renommierter Astronominnen und Astronomen zusammenschloss. Die Erkenntnisse wurden nun in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.
Die Forscher nutzten das sogenannte Very Long Baseline Array, ein Cluster aus zehn in den USA verteilten Radioteleskopen, um eine präzise Parallaxenmessung vorzunehmen. Diese Messung basiert Wilms zufolge auf dem Prinzip, dass die die Entfernung eines Objekts bestimmt werden kann, indem man es von zwei verschiedenen Orten aus betrachtet.
Fast 1.000 Lichtjahre mehr
„Die unterschiedlichen Beobachtungspositionen ergeben sich unserem Fall durch die Bewegung der Erde um die Sonne“, erklärte der Astrophysiker. Über einen Zeitraum von sechs Tagen beobachteten die Wissenschaftler um Projektleiter James Miller-Jones vom International Centre for Radio Astronomy Research das Cygnus-System und zeichneten dabei mehr als 2.000 Messwerte auf.
Das Ergebnis: Cygnus X-1 ist deutlich weiter von der Erde entfernt als angenommen – nämlich etwa 7.200 anstatt der zuvor geschätzten 6.100 Lichtjahre. „Aus dieser Kalibrierung ergibt sich auch, dass Cygnus deutlich größer sein muss“, erläuterte Wilms. „Wir haben errechnet, dass das Schwarze Loch mehr als 20 Mal so massereich wie die Sonne ist – das übertrifft frühere Schätzungen um 50 Prozent.“
Diese Erkenntnis wirft auch ein neues Licht auf die Entstehung Schwarzer Löcher: Bisher ging die Forschung demnach davon aus, dass helle Sterne bis zu ihrer Explosion als Supernova sehr viel Masse an ihre Umgebung verlieren. „Durch Sternwinde wird Materie von der Oberfläche quasi weggeblasen“, erläuterte Wilms. „Damit ein Schwarzes Loch jedoch so massiv werden kann wie Cygnus X-1, muss dieser Masseverlust deutlich geringer sein, als wir dachten.“
Schnelle Drehung
Anhand der aktuellen Messdaten gehen die Forscher davon aus, dass das Schwarze Loch im Cygnus X-1-System sein Leben als Stern begann, der ungefähr 60 Mal so groß wie die Sonne war und vor zehntausenden Jahren kollabierte. Trotz seiner gigantischen Größe umkreist es in nur fünfeinhalb Tagen seinen Begleitstern HDE 226868, wobei die Umlaufbahn nur ein Fünftel der Entfernung zwischen Erde und Sonne beträgt.
Dabei dreht sich Cygnus X-1 unglaublich schnell, nämlich sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit und damit schneller als jedes andere bisher gefundene Schwarze Loch. „Schwarze Löcher zählen nach wie vor zu den bestgehüteten Geheimnissen des Universums“, betonte Wilms. „Mit unserem Projekt haben wir einen weiteren Teil dieses Geheimnisses lüften können.“
Weiteren Mysterien des Alls soll demnächst ein neues Radioteleskop auf die Spur kommen: 2022 soll der Bau des Square Kilometer Array in Australien und Südafrika beginnen, das die Empfindlichkeit des aktuell größten Radioteleskops der Welt nochmals übertrifft. Die Astroforschung verspricht sich davon neue Impulse für das Verständnis exotischer und extremer kosmischer Objekte, die den Wissenschaftlern bislang verborgen bleiben.