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Das erste Schwarze Loch, das jemals entdeckt wurde, ist massiver als wir dachten
Eine künstlerische Illustration des Schwarzen Lochs und Sterns Cygnus X-1. Internationales Zentrum für radioastronomische Forschung
Einstein sagte erstmals die Existenz von Schwarzen Löchern voraus, als er 1916 seine Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlichte, in der beschrieben wurde, wie die Schwerkraft das Gefüge der Raumzeit formt. Aber Astronomen entdeckten erst 1964 einen, etwa 6.070 Lichtjahre entfernt im Sternbild Cygnus. Geigerzähler, die ins All geschossen wurden, entdeckten kosmische Röntgenstrahlen, die aus einer Region namens Cygnus X-1 kamen. (Wir wissen jetzt, dass die kosmische Strahlung von Schwarzen Löchern erzeugt wird. Damals waren sich die Wissenschaftler uneins darüber, was es war: Stephen Hawking wettete bekanntermaßen mit dem Physiker Kip Thorne, dass dieses Signal nicht von einem Schwarzen Loch stammte, aber er räumte 1990 ein.)
Jetzt, etwa 57 Jahre später, haben Wissenschaftler herausgefunden, dass das Schwarze Loch bei Cygnus X-1 viel massiver ist als zunächst angenommen – was uns dazu zwingt, noch einmal zu überdenken, wie Schwarze Löcher entstehen und sich entwickeln. Diesmal wurden die Beobachtungen von der Erdoberfläche gemacht.
Bis zu einem gewissen Grad war das Ergebnis zufällig, sagt James Miller-Jones vom International Centre for Radio Astronomy Research an der Curtin University in Australien, dem Hauptautor von die neue Studie, veröffentlicht in Science . Wir hatten uns ursprünglich nicht vorgenommen, die Entfernung und die Masse des Schwarzen Lochs neu zu messen, aber als wir unsere Daten analysiert hatten, erkannten wir sein volles Potenzial.
Schwarze Löcher sind Objekte, die so massiv sind, dass nicht einmal Licht, geschweige denn physische Materie, ihrer Anziehungskraft entkommen sollte. Doch manchmal schleudert man unerklärlicherweise Strahlungsstrahlen und ionisierte Materie in den Weltraum. Miller-Jones und sein Team wollten untersuchen, wie Materie in Schwarze Löcher gesaugt und aus ihnen ausgestoßen wird, also haben sie Cygnus X-1 genauer unter die Lupe genommen.
Sie beobachteten das Schwarze Loch sechs Tage lang mit dem Very Long Baseline Array, einem Netzwerk von 10 Radioteleskopen, die in ganz Nordamerika von Hawaii bis zu den Jungferninseln aufgestellt sind. Die Auflösung ist vergleichbar mit der, die erforderlich wäre, um ein 10-Zentimeter-Objekt auf dem Mond zu erkennen, und es ist die gleiche Technik, die das Event Horizon Telescope verwendet hat Machen Sie das erste Foto eines Schwarzen Lochs .
Mithilfe einer Kombination aus Messungen mit Radiowellen und Temperaturen modellierte das Team die genauen Umlaufbahnen sowohl des Schwarzen Lochs von Cygnus X-1 als auch des massereichen Überriesensterns HDE 226868 (die beiden Objekte umkreisen sich gegenseitig). Die Kenntnis der Umlaufbahnen jedes Objekts ermöglichte es dem Team, ihre Massen zu extrapolieren – im Fall des Schwarzen Lochs 21 Sonnenmassen, was etwa 50 % mehr ist als ursprünglich angenommen.
Die Masse von Schwarzen Löchern hängt von einigen Faktoren ab, insbesondere von der Größe des Sterns, der in das Schwarze Loch einstürzte, und von der Menge an Masse, die in Form von Sternwind abgetragen wird. Heißere und hellere Sterne neigen dazu, volatilere Sternwinde zu erzeugen, und sie neigen auch dazu, schwerer zu sein. Je massereicher also ein Stern ist, desto anfälliger ist er dafür, vor und während seines Zusammenbruchs durch den Sternwind Masse zu verlieren, was zu einem leichteren Schwarzen Loch führt.
Aber im Allgemeinen dachten Wissenschaftler, dass Sternwinde in der Milchstraße stark genug seien, um die Masse von Schwarzen Löchern auf nicht mehr als 15 Sonnenmassen zu begrenzen, unabhängig davon, wie groß die Sterne ursprünglich waren. Die neuen Erkenntnisse stellen diese Schätzungen eindeutig auf den Kopf.
Das Auffinden eines Schwarzen Lochs, das deutlich massiver als diese Grenze war, sagt uns, dass wir unsere Modelle darüber, wie viel Masse die größten Sterne im Laufe ihres Lebens in Sternwinden verlieren, überarbeiten müssen, sagt Miller-Jones. Es kann bedeuten, dass die Sternwinde, die sich durch die Milchstraße bewegen, weniger stark sind als wir dachten, oder dass Sterne auf andere Weise Masse ausbluten. Oder es könnte bedeuten, dass sich Schwarze Löcher unberechenbarer verhalten, als wir vorhersehen können.
Das Team plant weitere Beobachtungen von Cygnus X-1. Andere Instrumente, wie das geplante Square Kilometre Array in Australien und Südafrika, könnten eine bessere Sicht auf dieses und andere Schwarze Löcher in der Nähe bieten. Es könnte irgendwo zwischen 10 Millionen und einem liegen Milliarde Schwarze Löcher in der Milchstraße, und die Untersuchung von mindestens ein paar weiteren von ihnen könnte dabei helfen, dieses Rätsel zu lösen.