Als ich kürzlich über die Suche nach den kleinsten der großen schwarzen Löcher berichtet habe, habe ich in meinen Notizen auch noch eine ältere Nachricht gefunden, die ich damals übersehen habe. Aber weil es eine so interessante Geschichte ist und weil es ja auch nur ein paar Wochen her ist, möchte ich trotzdem davon erzählen. Es geht um die Essgewohnheiten von V404 Cygni.

Das ist die Bezeichnung eines Doppelsternsystems; ungefähr 8000 Lichtjahre weit weg in Richtung des Sternbild des Schwans. Aber es ist kein gewöhnliches Doppelsternsystem! Einer der beiden Himmelskörper, die dort alle 6,5 Tage umeinander kreisen ist ein gewöhnlicher, sonnenähnlicher Stern. Der andere aber ist ein schwarzes Loch! Entdeckt hat man das 1989, als von dieser Gegend des Himmels plötzlich jede Menge Röntgen- und Gammastrahlung registriert wurde.

Damals war man sich zwar schon sicher, dass es schwarze Löcher geben muss, hatte aber noch keine wirklich guten Kandidaten entdeckt. Aber V404 Cygni sah sehr gut aus. Obwohl schwarze Löcher ja normalerweise gar nicht aussehen, da von ihnen kein Licht ausgestrahlt wird. Aber wenn sich anderes Material in ihrer Nähe befindet und von ihrer Gravitationskraft angezogen wird, wird es stark beschleunigt. Dabei gibt es jede Menge Strahlung ab, die beobachtet werden kann. Und da V404 gleich einen ganzen Stern in unmittelbarer Nähe hatte, der als Lieferant von Gas dienen kann, war es nicht unwahrscheinlich, dass es sich dabei um genau so ein schwarzes Loch handelt. Das wusste man damals aber noch nicht.

Man hat vorerst nur die großen Mengen an Röntgenstrahlen gemessen, die normalerweise nicht anders als in der Umgebung eines schwarzen Lochs erzeugt werden können. Nach ein paar Jahren wurde die Angelegenheit aber wieder ruhiger; die Strahlung sank und irgendwann war es dort so dunkel, dass die Astronomen auch den kleinen Begleitstern entdeckten. Aus seiner Bewegung konnten sie die Masse seines schwereren und unsichtbaren Partners ableiten: Er war ungefähr 12 Mal so schwer wie die Sonne; genau die Masse, die man von einem schwarzen Loch erwarten würde, das beim Kollaps eines schweren Sterns am Ende dessen Lebens entstehen würde.

Mittlerweile ist man sich so gut wie sicher, dass man hier wirklich ein schwarzes Loch gefunden hat. Aber mit dem Fressen war es offensichtlich vorerst fertig. Bis zum Juni diesen Jahres! Da schlug der Gammastrahlendetektor des Swift-Satelliten Alarm. Sofort richtete man die großen Weltraumteleskope auf V404 um nachzusehen, was da los war. Das hier:

Links sieht man ein Bild im Röntgenlicht, dass der Integral-Satellit der ESA gemacht hat und zwar am 19. Mai 2015. Die Position von V404 ist mit einem violetten Kreuz markiert und dort ist nichts zu sehen. Rechts dann die Aufnahme vom 18. Juni 2015: V404 ist auf einmal das hellste Objekt in der ganzen Region! Das schwarze Loch hat offenbar wieder angefangen zu fressen und es hat großen Hunger. Es wurde in den folgenden Wochen zur hellsten Quelle im Röntgenlicht.

Natürlich haben die Astronomen weiter hingesehen und weitere Aufnahmen gemacht. Dabei entstand auch dieses faszinierende Bild:

Man sieht eine Animation von Aufnahmen im Röntgenlicht, die zwischen 30. Juni und 4. Juli 2015 gemacht worden sind. In der Mitte ist V404 Cygni und das was außen herum wie eine Zielscheibe aussieht, ist ein “Lichtecho”. Zwischen uns und dem Stern befindet sich Staub, von dem das Röntgenlicht abgelenkt wird. Je nachdem, wann und wie das schwarze Loch Strahlung hervor ruft, kriegen wir auf der Erde unterschiedliche Echos zu sehen. Mit solchen Daten kann man genauer herausfinden, wie das Material verteilt sein muss, das ins schwarze Loch fällt bzw. wie und warum es vom Begleitstern zum schwarzen Loch wandert. Auch mit Radioteleskopen und optischen Teleskopen auf der Erdoberfläche wurde V404 schon beobachtet und die Astronomen erhoffen sich viele neue Erkenntnisse.

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Kommentare (19)

  1. #1 Thomas Rosin
    26. August 2015

    Die Animation erinnert mich an Beugungsaufnahmen von polykristallinem Material im Elektronenmikroskop (auch Röntgenaufnahmen) oder Laserbeugung an verrauschten regelmäßigen Strukturen. Da der Beugungswinkel vom mittleren Struktur-Abstand abhängen, sehen wir dort evtl. Dichtewellen des Staubes.

  2. #2 vroomfondel
    26. August 2015

    Wie erklaert man die Bildung des Systems in der jetzigen Konstellation (6,5d Umlaufdauer)? War das schon bei der Supernova des SL-Vorlaeufers so eng?

  3. #3 Alderamin
    26. August 2015

    @Florian

    Entdeckt hat man das 1989, als von dieser Gegend des Himmels plötzlich jede Menge Röntgen- und Gammastrahlung registriert wurde.

    Damals war man sich zwar schon sicher, dass es schwarze Löcher geben muss, hatte aber noch keine wirklich guten Kandidaten entdeckt.

    Cygnus X-1? Über dieses Schwarze Loch hat die Band Rush schon 1977 schon einen Song gemacht (nicht, dass das eine wissenschaftliche Referenz wäre, aber X-1 galt schon seit Anfang der 70er als ziemlich sicherer Kandidat).

    Ach, schau an, der ist ja oben im 2. Bild auch mit im Blickfeld.

  4. #4 Mirko
    HH
    26. August 2015

    Kann man bei den Beobachtungen sicher zwischen schwarzen Löchern (aus herkömmlicher Materie) und dunkler Materie unterscheiden?
    Auch letztere sendet doch keine Strahlung aus und mag so konzentriert sein, dass sie normalen Sternen Materie abluchst, die durch diese Beschleunigung dann leuchtet. Und da man dunkle Materie nicht weiter kennt, könnte ihre gravitative Wirkung auch sehr hoch sein, ohne bereits selbst ein schwarzes Loch gebildet zu haben. Oder?

  5. #5 Estraven
    Winterhude
    26. August 2015

    Mir fehlt eine Erklärung, wie es zu den Esspausen kommt. Die Gravitation schaltet sich doch nicht zwischendurch mal ab.

  6. #6 Rüdiger Kuhnke
    München
    26. August 2015

    Betrifft zwar nicht /dieses/ Schwarze Loch, ist aber trotzdem schön: “Heute Nacht… fliegt Cygnus der Schwan über uns dahin, geschmückt mit der geheimisvollen schwarzen Perle namens X-1.”
    (Bob Berman, Die Wunder des Nachthimmels)

  7. #7 Bullet
    26. August 2015

    wegen

    aber X-1 galt schon seit Anfang der 70er als ziemlich sicherer Kandidat

    … daran kann ich mich auch erinnern.

  8. #8 Braunschweiger
    26. August 2015

    @Rüdiger Kuhnke: In der Sommerhälfte fliegt der Schwan jede Nacht über uns, und in der Winterhälfte eher tagsüber, also quasi einmal täglich. Und es betrifft auch das Schwarze Loch V404 Cyg, denn wie man auf dem zweiten Bild oben sieht (durch Anklicken vergrößerbar), befindet es sich in direkter Nachbarschaft zu Cyg X-1. Stellte Alderamin grad fest.

    Im Übrigen finde ich es nicht sehr passend, ein Schwarzes Loch als Perle zu verklären (das könnte man sogar als sexistisch interpretieren), es sei denn, man meint eine ergiebige Datenquelle als wissenschaftliches Arbeitsfeld für Astronomen.

    @Estraven:
    Natürlich bleibt die Gravitation bestehen. Es wird daran liegen, dass in den Pausen nichts Verschluckbares in der Nähe ist, zumindest nicht in größeren Massen. Gravitation nimmt auch bei SL auf die Entfernung ab und beschleunigt dann die Materie erstmal nur langsam.

    Interessant ist dagegen, dass Schwarze Löcher mal vermenschlicht und mal “tierisch” betrachtet werden. Wechselweise sieht man es “essen” oder doch “fressen” — flexible Tischsitten. 🙂

  9. #9 Braunschweiger
    26. August 2015

    @Mirko:
    Soweit ich etwas von Dunkler Materie weiß und es verstanden habe, wechselwirkt sie nicht mit seinesgleichen und anderer Materie, außer über Gravitation. Demzufolge kennt sie auch keine elektrostatischen Kräfte, keine Kernkräfte usw. Folglich bildet sie nicht so etwas wie Moleküle, und es ist eher anzunehmen, dass sie sich wie Gas verhält oder noch nicht mal das.

    Also ist anzunehmen, dass sie nicht oder nicht sonderlich schnell größere Aggregate aus Materie bilden kann und es daher nicht zu Masseansammlungen wie in Schwarzen Löchern kommen kann, zumindest nicht in dieser Konzentration auf kleinem Raum. Es sei denn, jemand begründet es handfest, dass es doch so sein kann. An der Stelle müsste man dann den Experten fragen, ob man überhaupt schon so viel darüber weiß…

  10. #10 Florian Freistetter
    26. August 2015

    @Mirko: Dunkle Materie klumpt nicht. Die wechselwirkt weder mit normaler Materie, noch mit sich selbst…

  11. #11 Mirko
    26. August 2015

    Sorry, dann muss ich nochmal nachfragen 😉 Dunkle Materie wirkt gravitativ auf bekannte Materie, aber nicht auf sich selbst? Aber sie bildet doch im Wesentlichen die Galaxien (Verhältnis 4:1), tritt da also konzentrierter als in ‘leeren’ Raum auf.

  12. #12 Florian Freistetter
    26. August 2015

    @Mirko: “unkle Materie wirkt gravitativ auf bekannte Materie, aber nicht auf sich selbst? “

    Sie wirkt gravitativ auf alles. Aber sie bildet keine Strukturen. Es gibt keine “dunkle Materie”-Moleküle o.ä. DM findet man in riesigen Wolken (größer als Galaxien) und auf diesen Maßstäben macht sich auch ihr grav. Einfluss bemerkbar. Mit schwarzen Löchern hat sie nichts zu tun (auch nicht, wenn der “dunkel” und “schwarz” ähnlich klingt).

  13. #13 Mirko
    26. August 2015

    Kein schwarzes Loch, klar. Da war ja durch die Ausgangsfrage impliziert. Aber man ist doch auf dunkle Materie nur gekommen, weil Galaxien sonst auseinander fliegen müssten? Wenn sie da nur als Wolke in vllt sogar viel größeren Ausmaße rumwabert, würde sie dann nicht eher wie ein Unterdruck auf die Galaxie wirken?

    PS: Ich weiß, das ist wahrscheinlich alles wenig fundiert. Danke daher, dass Ihr Euch und speziell Florian sich trotzdem Zeit nehmt. Und kein Problem, wenn keine Lust mehr darauf.

  14. #15 Alderamin
    26. August 2015

    @Mirko

    Dunkle Materie umgibt die Milchstraße wie ein riesiger Halo aus Gas. Sie ist unglaublich dünn verteilt. Im gesamten Sonnensystem (bis Neptun) ist weniger davon enthalten, als die Masse eines 60 km-Asteroiden.

    Die Teilchen ziehen sich zwar an. Aber das tun Sterne und Planeten untereinander ja auch, die fallen deswegen nicht alle aufeinander zu, sondern bleiben wegen ihrer Bewegung (Impuls und Energie) auf Bahnen umeinander. Der Mond kann uns nicht einfach auf den Kopf fallen.

    So ähnlich wird das von der Dunklen Materie auch angenommen. Damit die Gravitation Teilchen oder Objekte zusammenbringen kann, müssen diese ihre Bewegungsenergie irgendwie loswerden. Bei einer direkten Kollision kann normale Materie inelastisch stoßen, dabei wird Wärme frei. In Staubwolken, die um Sterne oder Schwarze Löcher kreisen, können die Teilchen kollidieren und ihre Bewegungsenergie als Wärme abstrahlen. Auf die Weise verdichtet sich Staub und Gas zu Planeten und so kann Material sich einem Schwarzen Loch nähern.

    Sonst müssten größere Objekte sich schon zufällig frontal treffen, was bei dem vielen Platz im Weltraum unwahrscheinlich ist. Man fällt nicht einfach so in ein Schwarzes Loch, ebenso wenig wie der Mond oder ein Komet einfach so in die Sonne fällt. Und ein Schwarzes Loch ist ein kleines Ziel.

    Die Dunkle Materie kann nun nicht einmal unelastisch stoßen. Bestenfalls würden sich solche Teilchen bei einem Zusammenstoß gegenseitig zerstrahlen (sie sollen ihre eigenen Antiteilchen sein). Normalerweise fallen die winzigen Teilchen aber einfach aneinander vorbei und kreisen irgendwie um den Schwerpunkt der Milchstraße, ähnlich wie Sterne und Planeten (nur nicht in einer Ebene sondern als kugelförmiger Haufen, wie ein Kugelsternhaufen).

    Wenn sie da nur als Wolke in vllt sogar viel größeren Ausmaße rumwabert, würde sie dann nicht eher wie ein Unterdruck auf die Galaxie wirken?

    In einer frei fallenden Hohlkugel herrscht keine Schwerkraft, nirgendwo. Genau in der Mitte heben sich die Kräfte der Hülle genau auf und nähert man sich dem einen Rand, wird dessen Schwerkraft zwar wegen der Annäherung größer, aber für jeden Winkel auf der näheren Seite findet man in dem entsprechenden Winkel in Gegenrichtung eine genau so viel größere Fläche der Kugelhülle, dass die den Effekt der Entfernung genau kompnsiert. Das kann man ausrechnen.

    Das heißt: Wenn die Milchstraße einen kugelförmigen Halo aus Dunkler Materie hat, spüren die Sterne nur die Schwerkraft der Materie (dunkel wie normal) innerhalb ihrer Umlaufbahn. Nach innen hin ist immer weniger Materie vorhanden, also nimmt die Schwerkraft nach innen hin ab und nach außen hin zu. Das heißt, weit außen liegende Sterne müssen schneller um die Milchstraße kreisen, als sie das ohne Dunkle Materie täten. Da die Schwerkraft mit dem Radius wächst, muss auch die Umlaufgeschwindigkeit wachsen. Das stimmt jedenfalls außerhalb des Zentrums sehr gut, wie man an dieser Kurve erkennen kann.

  15. #16 phunc
    26. August 2015

    Was ist eigentlich aus Cyg A und 3A 1954+319 geworden und woher kommt auf einmal EXO 2030+375 und all die anderen Lichtpunkte? Kann man deren Bewegung irgendwie nachvollziehen?

    Und warum wurden Cyg X-3 und Cyg X-1 nicht beeinflusst? Liegen beide vermutlich räumlich betrachtet gar nicht in diesem System?

  16. #17 Alderamin
    26. August 2015

    @phunc

    Was aus den anderen Objekten geworden ist, weiß ich nicht (im Begleittext des Bildes steht “Other transient sources are also present in both images, highlighting the great variability of the high-energy sky.“, also dass diese Quelle nicht die ganze Zeit konstant leuchten), aber X-1 und X-3 sind, genau wie V404 Mehrfachsterne mit einem Schwarzen Loch. Das, was dort hinein fällt, kommt von einem engen Begleitstern, der nur ein paar Millionen km entfernt vom Schwarzen Loch ist. Hingegen sind X-1 6100 Lichtjahre und V404 7800 Lichtjahre weit entfernt von der Erde, die haben also nichts miteinander zu tun.

    Cygnus A ist eine Radiogalaxie mit einem aktiven Supermassiven Schwarzen Loch im Kern, die ist 600 Millionen Lichtjahre entfernt. Und 3A 1954+319 ist ein Paar aus einem Roten Riesen und vermutlich einem Neutronenstern in 5500 Lichtjahren Entfernung (alles bei Tante Google gefunden). Alle Objekte sind also weit voneinander getrennt.

  17. #18 Rüdiger Kuhnke
    30. August 2015

    Wenn ich etwas überhaupt nicht abkann, sind das Klugscheißer-Antworten, Braunschweiger.

  18. #19 Thomas Rosin
    12. September 2015

    in einer Erklärung, wie der Effekt (wandernde Ringe etc.) zustande kommt, schickte mir Andy Beardmore diesen nützlichen link:
    http://chandra.harvard.edu/photo/2015/cirx1/