Schwarzes Loch mit Übergewicht

Cygnus X-1 gilt als erster bestätigter Kandidat für ein Schwarzes Loch und wird bereits seit Jahrzehnten von Astronomen untersucht. Neue Beobachtungen durch ein internationales Forscherteam zeigen nun, dass das Objekt mit 21 Sonnenmassen offenbar deutlich schwerer ist als bislang angenommen – und sogar schwerer als von den derzeitigen Theorien vorhergesagt. Vermutlich stoßen große Sterne am Ende ihrer Entwicklung deutlich weniger Gas ins All ab, als es theoretische Modelle vermuten lassen, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

Alle bislang von Astronomen in der Milchstraße aufgespürten Schwarzen Löcher, die einst aus einem massereichen Stern hervorgingen, enthalten nicht mehr als etwa 17 Sonnenmassen. Auch Cygnus X-1 schien damit in Einklang zu stehen: Frühere Messungen lieferten für dieses Schwarze Loch eine Masse von etwa 14,8 Sonnenmassen. James Miller-Jones von der Curtin University in Australien und seine Kollegen nutzten nun das Very Large Baseline Array, kurz VLBA, um die Entfernung des Himmelsobjekts genauer als zuvor zu bestimmen. Das VLBA besteht aus zehn jeweils 25 Meter großen Antennen, die über die gesamten USA verteilt sind, einschließlich Hawaii und der Jungferninseln. So erreicht die Anlage eine Ausdehnung von 8611 Kilometern und kann die Position und die Bewegung des Schwarzen Lochs sehr präzise messen.

Aus der Verschiebung der Position am Himmel im Verlauf eines Jahres berechneten die Astronomen den Abstand zum Objekt. Demnach ist das Schwarze Loch rund 7200 Lichtjahre von uns entfernt – etwa zwanzig Prozent weiter als bisher vermutet. In einem weiteren Schritt machte sich das Team zunutze, dass sich Cygnus X-1 in einem Doppelsystem befindet und einen Stern umkreist. Anhand der Bahnbewegung lässt sich – bei bekannter Entfernung – die Masse des Schwarzen Lochs ermitteln. Das Ergebnis übertrifft den früheren Wert um mehr als sechs Sonnenmassen.

Hinweise auf ungewöhnlich massereiche stellare Schwarze Löcher hatten Wissenschaftler bereits in den vergangenen Jahren gefunden: Gravitationswellendetektoren registrierten mehrfach Signale, die wahrscheinlich aus der Kollision zweier Schwarzer Löcher mit bis zu fünfzig Sonnenmassen stammen. Allerdings fanden diese Ereignisse in fernen Galaxien statt. Cygnus X-1 ist das erste Schwarze Loch in einem Doppelsystem in der Milchstraße, dessen Masse größer ist als erwartet. Die Forscher sehen in ihren Beobachtungen daher einen ersten Schritt, die „Massenlücke“ zwischen Schwarzen Löchern in unserer Galaxis und den durch Gravitationswellen entdeckten Schwarzen Löchern zu schließen.

Die Existenz eines Schwarzen Lochs mit 21 Sonnenmassen zeigt nach Ansicht von Miller-Jones und seinen Kollegen, dass die bisherigen Modelle den Massenverlust durch Sternwinde überschätzen. Als „Sternwind“ bezeichnen Astronomen das von der Oberfläche eines Sterns ins Weltall abströmende Gas. Massereiche Sterne werden durch diesen Wind leichter – und entsprechend weniger Masse können Schwarze Löcher enthalten, die durch den Kollaps solcher Sterne entstehen.