Cygnus X-1 — ein Schwarzes Loch?

Seit den 60er Jahren interessieren sich Astronomen für bestimmte Gebiete im Sternbild des Cygnus. Observatorien, die man auf eine Umlaufbahn außerhalb der Erdatmosphäre gebracht hat, haben eine starke Röntgenquelle in diesem Gebiet gefunden, die Cygnus X-1 genannt wird.

Wissenschaftlern ist schon lange bekannt, daß die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die ein Körper aussendet, um so kürzer und energiereicher ist, je wärmer er ist. Erhitzt man zum Beispiel ein Stück Eisen in einem heißen Schmelzofen, so glüht das Eisen, wenn es heißer wird, erst rot, dann gelb und zuletzt weiß. In dieser Hinsicht verhalten sich Sterne wie dieses Stück Eisen. Verhältnismäßig kühle Sterne mit einer Temperatur von etwa 3 000 K haben eine rötliche Farbe, während ein gelber Stern wie die Sonne eine Oberflächentemperatur von ungefähr 6 000 K aufweist.a Ein stellares Gas müßte jedoch auf Millionen Grad Kelvin aufgeheizt werden, um die Röntgenstrahlung zu erzeugen, die Cygnus X-1 aussendet. Kein Stern hat eine derart hohe Oberflächentemperatur.

In dem Gebiet von Cygnus X-1 haben Astronomen einen Stern mit einer Oberflächentemperatur von schätzungsweise 30 000 K gefunden — das ist zwar sehr heiß, aber nicht heiß genug, um die Röntgenstrahlung zu erklären. Dieser Stern, der unter dem Namen HDE 226868 katalogisiert ist, hat schätzungsweise eine etwa 30mal so große Masse wie unsere Sonne und ist etwa 6 000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Superriese hat einen Begleitstern, und beide wirbeln auf ihrer Bahn in 5,6 Tagen einmal umeinander. Wissenschaftler haben berechnet, daß der Begleitstern nur wenige Millionen Kilometer von HDE 226868 entfernt ist. Wie aus einigen Quellen hervorgeht, ist dieser Begleitstern etwa 10mal so massereich wie die Sonne. Der Begleiter hat aber etwas sehr Eigenartiges an sich — er ist unsichtbar. Jeder normale Stern dieser Größe müßte bei einer solchen Entfernung von der Erde aus zu sehen sein. Ein so massereiches Objekt, das, wie es scheint, Röntgenstrahlen, aber kein sichtbares Licht aussendet, ist nach Aussage von Wissenschaftlern ein vielversprechender Kandidat für ein Schwarzes Loch.

Ein Ausflug zu einem Schwarzen Loch

Stellen wir uns vor, wir könnten zu Cygnus X-1 reisen. Angenommen, es handelt sich wirklich um ein Schwarzes Loch, dann bekämen wir vielleicht das zu sehen, was auf Seite 17 abgebildet ist. Der große Stern ist HDE 226868. Er hat einen Durchmesser von Millionen von Kilometern, das Schwarze Loch dagegen vielleicht nur einen von ungefähr 60 Kilometern. Das winzige schwarze Fleckchen im Zentrum des glühenden Gasstrudels ist der Horizont oder die Oberfläche des Schwarzen Loches. Damit ist keine ebene Oberfläche gemeint, sondern eher ein Abdruck. Es ist der Rand des Bereichs, in dem die Gravitation des Schwarzen Loches so stark ist, daß nicht einmal Licht entkommen kann. Viele Wissenschaftler glauben, daß sich im Innern des Horizonts, im Zentrum des Schwarzen Loches, ein Punkt von unendlich hoher Dichte befindet, dessen Volumen null beträgt — eine sogenannte Singularität, in der die gesamte Masse des Schwarzen Loches verschwunden ist.

Das Schwarze Loch saugt die äußeren Gasschichten seines Begleitsterns ab. Das Gas des Sterns hat die Form einer glühenden Scheibe und heizt sich, während es immer schneller um das Schwarze Loch spiralt, durch die Reibung auf. Dieses ultraheiße Gas erzeugt, wenn es durch die enorme Schwerkraft immens beschleunigt wird, unmittelbar außerhalb des Schwarzen Loches die Röntgenstrahlung. Natürlich entkommen weder Röntgenstrahlen noch etwas anderes, sobald das Gas in das Schwarze Loch gefallen ist.

Cygnus X-1 bietet einen großartigen Anblick, aber man darf ihm nicht zu nahe kommen. Nicht nur die Röntgenstrahlung ist lebensgefährlich, sondern auch seine Gravitation. Wenn wir auf der Erde stehen, ist die Gravitation, die auf unseren Kopf einwirkt, etwas schwächer als die, die auf unsere Füße einwirkt. Dieser Unterschied ruft eine winzige Zugkraft hervor, die aber nicht spürbar ist. Auf Cygnus X-1 vervielfacht sich dieser winzige Unterschied um das Hundertfünfzigmilliardenfache, so daß die entstehende Kraft unseren Körper tatsächlich dehnen würde, so als würden unsichtbare Hände auf der einen Seite an den Füßen ziehen und auf der anderen Seite am Kopf.

Cygnus X-1 in der Theorie

Schwarze Löcher werden an dem Einfluß erkannt, den sie auf andere Himmelskörper ausüben. Diese Abbildung zeigt, wie Gase eines Sterns in ein Schwarzes Loch hineingezogen werden.

Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Loches (innerhalb des roten Rechtecks) und Vergrößerung (darunter)

Cygnus X-1 (3) liegt am unteren Teil des Schwanenhalses.