В 2002 году группа под руководством Райнхарда Гензеля из Института внеземной физики Общества Макса Планка опубликовала статью, основанную на десятилетнем исследовании движения звезд вокруг галактического центра, особенно звезды под названием S2. Из этих данных следовало, что S2 обращается вокруг очень компактного и яркого центрального радиоисточника диаметром около шестидесяти миллионов километров, который был слишком компактным, чтобы представлять собой очень плотное скопление звезд. Это стало еще одним косвенным свидетельством того, что источником, по всей вероятности, является некая среда с экстремальными свойствами, окружающая сверхмассивную черную дыру, расположенную на расстоянии примерно двадцать шесть тысяч световых лет от Земли7.

Марроне в 2011 году потребовалось полгода, чтобы получить одобрение заявки на грант, после чего он занялся разработкой и созданием нужного оборудования для небольшого радиотелескопа, необходимого для наблюдения черных дыр. В частности, он разработал когерентный приемник для измерения электрического поля любого источника, на который направлен телескоп. По словам Марроне, приемник похож на “очень крутое радио, работающее при температуре четыре кельвина”, а это означает, что он почти такой же холодный, как межзвездное пространство, так что все шумы сведены к минимуму. И именно этот приемник вместе со сверхточными атомными часами Марроне использует каждый раз, когда работает с радиотелескопом.

Хотя галактика M87 не видна из Антарктиды, наблюдение с помощью телескопа SPT другого источника в небе – квазара 3С279 – значительно повысило уверенность астрономов в окончательном результате. “В противном случае, я думаю, мы бы намного больше нервничали”, – говорит Марроне. В шести статьях, вышедших примерно в то же время, что и фотография “пончика”, приведено значение массы центральной черной дыры M87 и направление ее вращения. По словам Марроне, у них теперь появились первые представления о ее ближайшем окружении, что позволит астрономам лучше понять, что представляют собой релятивистские струи (джеты) из черных дыр.

За многие годы наблюдений центра галактики M87 восемь телескопов обсерватории EHT собрали также детальные данные по нашей черной дыре Стрелец А*.

В сочетании с данными телескопа ALMA, расположенного на вершине плато Чахнантор в Чили, эти результаты вскоре должны позволить исследователям получить изображение нашей собственной черной дыры, а точнее, ее тени [30] . С помощью этих изображений ученые надеются узнать больше об окружающей сверхмассивные черные дыры среде – сверхгорячем газе и пыли, в которых они купаются, а затем пожирают, а также об огромных струях (джетах), которыми они выстреливают, когда поглощаемый газ ускоряется8.

Как образуются сверхмассивные черные дыры – загадка. Но даже гораздо меньшие черные дыры звездной массы, которые, как мы теперь знаем, рождаются из сколлапсировавших и умерших массивных звезд, еще недавно были просто математическими концепциями и курьезами. В 1916 году математик Карл Шварцшильд решил уравнения общей теории относительности Эйнштейна для сферической массы (их решением был ставший ныне знаменитым “радиус Шварцшильда” черной дыры). А в 1958 году физик из Технологического института Джорджии Дэвид Финкельштейн показал, что черные дыры имеют воображаемую границу, которую он назвал горизонтом событий, причем все объекты, включая свет, попавшие под эту границу, обратно вырваться не могут – и для них остальная Вселенная навсегда становится недоступной.

Тем не менее на протяжении десятилетий черные дыры – как имеющие звездную массу, так и сверхмассивные – были просто теоретическими (хотя и общепризнанными) концепциями. Только в середине XX века астрономы начали собирать доказательства их существования, в частности, ими стали первые наблюдения квазаров. Галактический источник рентгеновского излучения Лебедь X-1 был открыт в 1964 году, а позже ученые определили, что, скорее всего, он является черной дырой. Обнаружение LIGO гравитационных волн от столкновения двух черных дыр звездной массы 14 сентября 2015 года тоже оказалось очень полезным. Теперь, получив изображение с помощью обсерватории EHT, мы знаем, что сверхмассивные черные дыры тоже существуют в реальности.

Но как они стали такими большими? Ученые не знают, хотя есть предположение, что они возникли при слияниях множества черных дыр звездной массы (то есть порядка десятков или сотен солнечных масс), которые могли произойти в ранней Вселенной. При слияниях они прирастали поглощаемым газом, увеличивая свою массу, что в конечном итоге привело к появлению сверхмассивных черных дыр9.

Считается, что в течение эволюции Вселенной галактики тоже сталкивались и сливались. Наш собственный Млечный Путь, например, находится в процессе сближения с соседней галактикой Андромеда. Через 4,5 миллиарда лет они сольются. Гораздо дальше от Земли, на расстоянии около миллиарда световых лет, астрономы даже обнаружили редкую систему из трех галактик, названную SDSS J0849 + 1114, причем каждая из них имеет свою собственную сверхмассивную черную дыру. Создается впечатление, что эти три галактики готовятся к феерическому столкновению10.

Когда галактики сливаются таким образом, их центральные черные дыры тоже должны слиться и превратиться в еще более сверхмассивного гиганта (особенно если поблизости есть третья черная дыра, которая может подтянуть их ближе друг к другу). Компьютерное моделирование показывает, что по-настоящему массивные черные дыры могли испытать до двадцати слияний за время своей жизни. Черная дыра галактики M87 тоже могла претерпеть несколько слияний, поскольку она в миллиарды раз массивнее Солнца или любой черной дыры звездной массы. В то же время астрономы считают, что сверхмассивная черная дыра постепенно приобретает большую часть своей массы, заглатывая межзвездный газ, который падает на нее, когда в ее родительскую галактику вторгается другая галактика. “Мы не вполне точно знаем, какой из этих двух факторов важнее: аккреция (поглощение) газа или слияние”, – говорит Скотт Рэнсом, астроном из Национальной радиоастрономической обсерватории и Университета Вирджинии.