Cygnus X-1
Phát hiện và quan sát

Các quán sát bức xạ tia X cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các hiện tượng thiên thể có sự hiện diện của khí nóng tới hàng triệu độ. Tuy nhiên, do tia X bị bầu khí quyển Trái đất chặn lại nên quan sát các nguồn phát tia X ngoài hành tinh phải được thực hiện ở một độ cao nhất định. Cygnus X-1 được phát hiện bởi các thiết bị tia X trên một tên lửa dưới quỹ đạo phóng từ White Sands Missile Range, New Mexico. Để thực hiện một dự án khảo sát các nguồn tia X, hai tên lửa Aerobee được phóng vào năm 1964, mang theo bộ đếm Geiger để đo các bức xạ tia X trong khoảng bước sóng từ 1 đên 15 Å trên một vùng bầu trời rộng 8.4°. Các thiết bị này quét khắp bầu trời khi tên lửa quay, tạo thành một bản đồ gồm các dải khít nhau.
Kết quả cuộc khảo sát phát hiện được tám nguồn tia X mới, trong đó có Cyg XR-1 (sau này là Cyg X-1) trong chòm sao Thiên Nga. Tọa độ thiên thể của nguồn này được ước tính là 19h53m xích kinh và 34,6° xích vĩ. Không có nguồn sáng hay radio mạnh đáng kể nào nằm ở vị trí nói trên.
Nhận thấy cần những quan sát kéo dài hơn, vào năm 1963 Ricarrdo Giacconi và Herb Gursky đề xuất vệ tinh quan sát tia X đầu tiên. NASA phóng vệ tinh Uhuru vào năm 1970, khám phá thêm được 300 nguồn tia X mới. Các quan sát kéo dài của Cygnus X-1 cho thấy những thăng giáng trong cường độ tia X diễn ra vài lần trong một giây. Sự thay đổi nhanh này có nghĩa là quá trình sản sinh năng lượng phải diễn ra trên một vùng tương đối nhỏ khoảng 105 km, do giới hạn tốc độ ánh sáng. Để so sánh, bán kính của Mặt Trời là khoảng 1,4 × 106 km.
Từ tháng 4 đến tháng 8 năm 1971, Luc Braes và George K. Miley của đài thiên văn Leiden, độc lập với Robert M. Hjellming và Campbell Wade ở Đài Quan sát Vô tuyến quốc gia phát hiện bức xạ radio phát ra từ Cygnus X-1, và vị trí radio chính xác họ thu được chỉ ra được nguồn phát tia X này chính là ngôi sao AGK2 +35 1910 = HDE 226868. Nó nằm cách ngôi sao độ sáng cấp 4 là Eta Cygni khoảng 0,5° nhìn từ Trái Đất. Nó là một sao siêu khổng lồ nhưng không có khả năng phát ra lượng tia X đủ để quan sát được. Do đó, ngôi sao phải có một vật thể đồng hành có khả năng đốt nóng khí đến hàng triệu độ để sản sinh ra tia X.
Louise Webster và Paul Murdin ở Đài Thiên văn Greenwich và Charles Thomas Bolton làm việc độc lập tại Đài Thiên văn David Dunlap của trường Đại học Toronto, thông báo về phát hiện một vật thể không quan sát được đồng hành của HDE 226868 vào năm 1971. Các phép đo độ dịch chuyển Doppler của quang phổ ngôi sao cho thấy vật thể tồn tại và cho phép ta tính toán được khối lượng của nó từ các tham số quỹ đạo. Dựa trên khối lượng phỏng đoán của vật thể, người ta vẫn nghĩ rằng nó có thể là một lỗ đen bởi một sao neutron không thể có khối lượng vượt quá ba lần Mặt Trời.
Các quan sát sau đó củng cố cho giả thuyết, cho tới cuối năm 1973 cộng đồng thiên văn học gần như đồng ý với nhau rằng Cygnus X-1 hầu như là một lỗ đen. Các phép đo chính xác của Cygnus X-1 cho thấy sự thay đổi trong khoảng 1 milli giây. Điều này nhất quán với sự nhiễu loạn trong đĩa bồi tụ vật chất xung quanh một hố đen. Các chớp tia X kéo dài khoảng ⅓ giây khớp với khoảng thời gian ước tính vật thể rơi vào lỗ đen.
Kể từ đó Cygnus X-1 được quan sát rất nhiều trong các quan sát mặt đất và cả trên quỹ đạo. Sự tương tự giữa các cặp sao đôi tia X như HDE 226868/Cygnus X-1 và các nhân thiên hà hoạt động (AGN) gợi ý một cơ chế chung phát sinh năng lượng có sự góp mặt của lỗ đen, đĩa bồi tụ và luồng vật chất phóng ra. Vì vậy mà Cygnus X-1 được xếp vào loại microquasar, một loại vật thể tương tự quasar, ngày nay được biết đến là các nhân thiên hà hoạt động ở rất xa. Các nghiên cứu của các hệ sao đôi như HDE 226868/Cygnus X-1 có thể mang lại nhiều giải thích về các thiên hà hoạt động.