25.03.2011

Polarisierte Strahlung von Cygnus X-1

Entdeckung öffnet Tür zu einem besseren Verständnis der Strahlungs- mechanismen stellarer Schwarzer Löcher in Doppelstern-Systemen.

Einem internationalen Forscherteam ist es erstmalig gelungen, polarisierte Strahlung von einem Schwarzen Loch in einem Doppelstern-System nachzuweisen. Eine stark polarisierte Strahlungskomponente stamme vermutlich von einem zuvor im Radiobereich beobachteten Materiejet, der von dem Schwarzen Loch ausgeht, so die Wissenschaftler. Das Team nutzte für die Entdeckung die Gammastrahlungs-Kamera IBIS an Bord des europäischen Satelliten-Observatorium INTEGRAL.

Abb.: Künstlerische Darstellung des Doppelsystems Cygnus X-1. (Quelle: NASA)
Abb.: Künstlerische Darstellung des Doppelsystems Cygnus X-1. (Quelle: NASA)

"Schwarze Löcher in Röntgen-Doppelsternen sind besonders interessante Kandidaten für Polarisations-Untersuchungen, da sie einen hohen Strahlungsfluss besitzen und damit die Entdeckung eines klaren Signals ermöglichen", erklären Philippe Laurent vom Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU) in Paris und seine Kollegen. "Derartige Messungen könnten detaillierte Einblicke in die Strahlungsmechanismus der Quellen ermöglichen."

Allerdings: Bislang konnte kein derartiges Polarisations-Signal aufgespürt werden. Um diesen unbefriedigenden Zustand zu ändern, haben Laurent und seine Kollegen mit INTEGRAL die Gammastrahlung des Doppelsystems Cygnus X-1 neu vermessen. Cygnus X-1 ist etwa 6850 Lichtjahre von der Erde entfernt und besteht aus einem Schwarzen Loch mit einer Masse von 21±8 Sonnenmassen sowie einem blauen O-Stern mit etwa der 40-fachen Sonnenmasse.

Der IBIS-Detektor des 2002 gestarteten INTEGRAL-Satelliten lässt sich nicht nur als bildgebende Gammastrahlungs-Kamera, sondern auch als Compton-Polarimeter verwenden. Die Messungen von Laurent und seinem Team zeigen zwei unterschiedliche Strahlungskomponenten: schwach polarisierte Strahlung im Energiebereich von 250 bis 400 keV und stark polarisierte Strahlung im hochenergetischen Bereich von 400 keV bis 2 MeV.

Die schwach polarisierte Strahlung ist, so die Forscher, konsistent mit einer Entstehung durch Compton-Streuung an thermischen Elektronen. Die mit 67 Prozent stark polarisierte Strahlung lässt sich jedoch nicht auf diese Weise erklären. "Ein so großer Polarisationsanteil ist wahrscheinlich ein Zeichen für Synchrotron-Emission oder für inverse Compton-Strahlung aus dem bereits im Radiobereich beobachteten Jet", so Laurent und seine Kollegen.

Denn um ein so klares Polarisations-Signal zu erzeugen, muss das Magnetfeld über einen großen Teil des Emissionsgebietes kohärent sein - wie es für einen Materiejet typisch wäre. Da die Gammastrahlung nach heutigen Erkenntnissen nahe am Horizont des Schwarzen Loches entsteht, lasse sich daraus der Schluss ziehen, so Laurent und sein Team weiter, dass die Jet-Struktur ebenfalls in unmittelbarer Nähe zum Schwarzen Loch entsteht.

Die Beobachtung der polarisierten Strahlung von Cygnus X-1 liefert damit ein erstes Beispiel dafür, dass solche Messungen neue Einblicke in den Strahlungsmechanismus von Schwarzen Löchern in Doppelstern-Systemen liefern können.

Rainer Kayser

 

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