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Lichtechos: Schwarzes Loch erzeugt gigantische Ringe am Himmel

Ein enorm heller Blitz im Röntgenlicht zeichnet Kreise in die Staubwolken nahe der Quelle.
Röntgenechos um V404 Cygni, dargestellt als blaue Ringe auf einer Abbildung des Sternenhimmels im sichtbaren Licht.

Die Strahlungsausbrüche eines Schwarzen Loches projizieren eine Serie von acht gigantischen konzentrischen Ringen an den Himmel. Die Kreise bestehen allerdings nicht aus Materie, sondern lediglich aus Röntgenlicht, das an interstellaren Staubwolken gestreut wird – man nennt sie deswegen Lichtechos. Jeder Ring entspricht einer Staubwolke zwischen uns und dem Schwarzen Loch, er entsteht, weil sich die Strahlung des kurzen Blitzes hohlkugelförmig rund ums Schwarze Loch ausbreitet. Diese »Lichtkugel« wird von den Staubwolken quasi angeschnitten, und zu jedem Zeitpunkt leuchtet nur der Teil der Wolke, den der Rand der Kugel schneidet. Der äußerste, größte Ring ist in Wirklichkeit der kleinste. Er entspricht dem Staub, der am weitesten von der Quelle des Strahlungsausbruchs entfernt ist. Lediglich die Perspektive lässt ihn größer erscheinen.

Schemazeichnung der Röntgenlichtechos um V404 Cygni | So entstehen die Röntgenlichtechos um V404 Cygni: Das vom Neutronenstern im Jahr 2015 bei einem Ausbruch abgestrahlte Röntgenlicht wird an Staubwolken zwischen uns und dem Schwarzen Loch gestreut.

Den ursprünglichen Strahlungsausbruch beobachtete das Weltraumteleskop Swift im Jahr 2015 im System V404 Cygni. Die Quelle ist ein Röntgendoppelstern, der aus einem Stern mit etwa halber Sonnenmasse und einem Schwarzen Loch besteht, das Materie aus seinem Begleitstern abzieht. Die so entstandene Gasscheibe leuchtet im Röntgenlicht, und manchmal produziert sie extrem helle Röntgenblitze. Die Lichtechos des Ereignisses beobachtete eine Arbeitsgruppe um Sebastian Heinz von der University of Wisconsin mit dem Weltraumteleskop Chandra und publizierte die Resultate 2016 im »Astrophysical Journal«. Weil der ursprüngliche Blitz so hell war, mussten sie dazu V404 Cygni in der Lücke zwischen zwei Detektoren platzieren, um das Instrument nicht zu beschädigen. Deswegen sind die Ringe in der Abbildung unvollständig.

Für das nun veröffentlichte Bild kombinierte das Team Aufnahmen von Chandra, die anderthalb Monate nach dem Lichtblitz entstanden, mit einer Fotografie der Himmelsregion im sichtbaren Licht. Es ist bereits die zweite derartige Beobachtung der Arbeitsgruppe, das Team fand ähnliche Ringe bereits um die Röntgenquelle Circinus X-1. Neben der Existenz und Position der Staubwolken bei V404 Cygni geben sie auch Auskunft über deren Zusammensetzung. Die Arbeitsgruppe verglich dazu die Helligkeit der Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen – das Spektrum – mit Computermodellen der Spektren, die durch Staub mit unterschiedlicher Zusammensetzung entstehen würden. Nach diesen Analysen bestehen die Staubkörner aus Silikat, also im Grunde Gesteinsstaub, sowie Graphit.

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