Сверхмасси́вные чёрные ды́ры, чёрные дыры массой $10^6\!-\!10^{10}\,M_\odot$ (где $M_\odot$ – масса Солнца). Обнаружены в ядрах большинства галактик, включая нашу Галактику.

Теория чёрных дыр

Под чёрной дырой понимается область пространства-времени, гравитационное поле которой настолько сильно, что никакой сигнал, даже световой, не может удалиться от неё на пространственную бесконечность будущего (самая удалённая область пространства-времени в будущем). Согласно общей теории относительности (ОТО), чтобы образовалась чёрная дыра, необходимо сжать тело до размера гравитационного радиуса:

$$r_g=\frac{2GM}{c^2},$$где $G$ – гравитационная постоянная, $M$ – масса тела, $c$ – скорость света. Величина гравитационного радиуса для Земли равна 9 мм, для Солнца – 3 км, для объекта массой $M=2\cdot10^9\,M_\odot$ – 40 астрономических единиц (что приблизительно равно среднему расстоянию от Солнца до Плутона). Границей чёрной дыры является горизонт событий, на котором, с точки зрения далёкого наблюдателя, ход времени останавливается. Для невращающейся (шварцшильдовской) чёрной дыры радиус горизонта событий $r_h=r_g,$ для вращающейся (керровской) чёрной дыры $r_h<r_g,$ для предельно быстро вращающейся чёрной дыры $r_h=r_g/2$ (иногда эту величину также называют гравитационным радиусом). В центре чёрной дыры расположена сингулярность, образовавшаяся в результате гравитационного коллапса вещества. В сингулярности, где плотность материи формально бесконечна, известные законы физики уже неприменимы; скорее всего, там царят пока неизвестные нам законы квантовой гравитации. Горизонт событий у вращающейся чёрной дыры погружён внутрь эргосферы, где существует вихревое гравитационное поле. Любые тела, попавшие внутрь эргосферы, неизбежно будут обращаться вокруг чёрной дыры, увлекаемые вращающимся пространством-временем.

Рис. 1. Схематичное изображение чёрной дыры Шварцшильда.Рис. 1. Схематичное изображение чёрной дыры Шварцшильда.На рис. 1 приведено схематичное изображение шварцшильдовской чёрной дыры. Отмечены сингулярность в центре, горизонт событий радиусом $r_h$ и фотонная сфера радиусом $1,\!5\,r_h.$ Фотонная сфера представляет собой поверхность, на которой лучи света могут двигаться по замкнутым траекториям. Это движение неустойчиво: совершив множество оборотов, фотон либо улетит на бесконечность, либо упадёт по спирали в чёрную дыру. Любой фотон, попавший внутрь фотонной сферы, не сможет вырваться наружу и будет двигаться по спирали к чёрной дыре. Движение фотонов по замкнутым круговым орбитам возможно только в сильнейшем гравитационном поле чёрной дыры, гравитационное поле нейтронной звезды недостаточно сильно для этого.

Изображение чёрной дыры, приведённое на рис. 1, соответствует случаю воображаемого евклидова пространства, в котором лучи света, идущие от чёрной дыры к наблюдателю, двигаются по прямолинейным траекториям. В реальности лучи света, идущие от ближайших окрестностей горизонта событий и от фотонной сферы, двигаются в экстремально сильном гравитационном поле чёрной дыры и поэтому идут к наблюдателю по сильно искривлённым траекториям. С точки зрения внешнего наблюдателя чёрная дыра действует как гравитационная линза для самой себя, поэтому наблюдаемые размеры горизонта событий (ближайшие окрестности которого при аккреции вещества могут быть наблюдаемыми) и фотонной сферы кажутся значительно увеличенными: согласно ОТО, радиус линзированной фотонной сферы шварцшильдовской чёрной дыры составляет $2,\!6\,r_h$ (т. е. примерно в 1,73 раза больше радиуса нелинзированной фотонной сферы). Более того, гравитационное поле чёрной дыры столь сильно, что лучи света от задней полусферы горизонта событий, испытывая сильнейшее искривление, достигают наблюдателя, поэтому внешнему наблюдателю становится видна не только передняя часть горизонта событий, но и его задняя часть, которая проецируется на картинную плоскость в виде кольца, окаймляющего изображение передней полусферы горизонта событий (рис. 2). Таким образом, чёрная дыра представляет собой уникальный объект, который виден одновременно со всех сторон.

Рис. 2. Схематичное изображение горизонта событий чёрной дыры Шварцшильда внутри её тени. Синими линиями указаны параллели и меридианы сферы горизонта событий, которая видна одновременно со всех сторон. Иллюстрация из статьи: В. И. Докучаев, Н. О. Назарова. Изображение горизонта событий внутри тени чёрной дыры. «ЖЭТФ», 2019, т. 155, вып. 4, стр. 677-685 (рис. 5).Рис. 2. Схематичное изображение горизонта событий чёрной дыры Шварцшильда внутри её тени. Синими линиями указаны параллели и меридианы сферы горизонта событий, которая видна одновременно со всех сторон. Иллюстрация из статьи: В. И. Докучаев, Н. О. Назарова. Изображение горизонта событий внутри тени чёрной дыры. «ЖЭТФ», 2019, т. 155, вып. 4, стр. 677-685 (рис. 5).Наблюдаемая тень чёрной дыры представляет собой гравитационно линзированное изображение её фотонной сферы. Поскольку фотоны, попадающие внутрь фотонной сферы, захватываются чёрной дырой и не могут выйти обратно, тень чёрной дыры кажется внешнему наблюдателю тёмной. Наличие тени является решающим доказательством того, что исследуемый компактный объект является чёрной дырой.

К настоящему моменту получены убедительные доказательства существования чёрных дыр как звёздных масс, так и сверхмассивных. Это связано с достижениями в области рентгеновской, оптической и гравитационно-волновой астрономии, а также благодаря развитию методов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Согласно современным представлениям, если масса ядра звезды, претерпевшего термоядерные превращения, превышает $3\,M_\odot,$ то в конце эволюции такой массивной звезды образуется чёрная дыра. Если же масса ядра звезды менее $3\,M_\odot,$ то в конце звёздной эволюции образуется либо белый карлик, либо нейтронная звезда. Поэтому измерение массы принципиально важно для отождествления компактного объекта с чёрной дырой. Кроме того, необходимо измерить радиус компактного объекта и показать, что он не превышает гравитационный радиус. Именно в этих направлениях и развивалась область астрономии, нацеленная на поиск чёрных дыр. Чёрные дыры звёздных масс открывались в тесных двойных звёздных системах по рентгеновскому излучению, возникающему при аккреции вещества соседней звезды на чёрную дыру. Массы таких чёрных дыр определялись по орбитальному движению звёзд, являющихся «донорами» вещества, с применением законов Кеплера. О малых радиусах таких объектов свидетельствовали наличие мощного рентгеновского излучения и его быстрая переменность.

Сверхмассивные чёрные дыры обнаруживались путём исследований центральных областей (ядер) галактик. Ещё в 1950-х гг. академик В. А. Амбарцумян обратил внимание на то, что в ядрах некоторых галактик происходят сложные нестационарные процессы. В 1-й половине 1990-х гг. количество открытых сверхмассивных чёрных дыр начало расти. Массы сверхмассивных чёрных дыр оценивались по движению «пробных тел» (звёзд, газовых облаков, газовых дисков и т. п.) в их окрестностях. Радиусы сверхмассивных чёрных дыр в ряде случаев удавалось оценить с применением наблюдательных методов высокого углового разрешения. В настоящее время общепринято, что в ядре практически каждой галактики существует сверхмассивная чёрная дыра. Кроме того, в ядрах многих галактик наблюдаются массивные звёздные скопления, которые в ряде случаев сосуществуют со сверхмассивной чёрной дырой.

Методы определения масс сверхмассивных чёрных дыр

Чтобы определить массу сверхмассивной чёрной дыры, достаточно знать скорость движения «пробного тела» в её окрестностях и расстояние от этого тела до чёрной дыры. Ввиду того, что это расстояние намного больше гравитационного радиуса, то для определения массы чёрной дыры вполне оправдано применение закона всемирного тяготения. Различают три базовых метода определения масс сверхмассивных чёрных дыр:

• метод разрешённой кинематики;

• метод эхокартирования;

• метод, основанный на статистическом анализе движения ансамбля звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры с применением законов звёздной динамики.

Рис. 3. Движение звезды S2 по орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики (представление художника по результатам наблюдений научных групп Р. Генцеля и А. Гез). Оригинальное изображение: ESO / M. Kornmesser. Перевод подписей и обозначения: БРЭ. CC BY 4.0Рис. 3. Движение звезды S2 по орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики (представление художника по результатам наблюдений научных групп Р. Генцеля и А. Гез). Оригинальное изображение: ESO / M. Kornmesser. Перевод подписей и обозначения: БРЭ. CC BY 4.0Метод разрешённой кинематики применяется, когда удаётся непосредственно увидеть отдельные «пробные тела», двигающиеся в гравитационном поле центральной сверхмассивной чёрной дыры. Например, в 2020 г. за открытие массивного компактного объекта в центре нашей Галактики была присуждена Нобелевская премия. Лауреаты этой премии профессора Р. Генцель и А. Гез, наблюдая центр Галактики в инфракрасном диапазоне и применяя современные методы повышения углового разрешения телескопа, построили орбиту движения звезды S2 вокруг центральной сверхмассивной чёрной дыры (рис. 3). Эта звезда принадлежит звёздному скоплению, окружающему центральную чёрную дыру. Применив 3-й закон Кеплера, авторы дали наиболее надёжную и убедительную оценку массы сверхмассивной чёрной дыры в ядре нашей Галактики – около 4 млн масс Солнца. Метод разрешённой кинематики применим к наиболее близким галактикам, для которых угловое разрешение современных телескопов достаточно велико, чтобы увидеть индивидуальные «пробные тела» вблизи центральной сверхмассивной чёрной дыры.

Для далёких галактик применяется метод эхокартирования, в котором расстояние «пробного тела» от чёрной дыры и его скорость оцениваются опосредованно. Если ядро галактики является активным и в его оптическом спектре наблюдаются мощные и широкие линии излучения водорода, гелия и других элементов, то измеряя время запаздывания переменности эмиссионных линий относительно переменности непрерывного спектра, можно оценить характерное расстояние от чёрной дыры газовых облаков, излучающих в линиях. Поскольку большая ширина эмиссионных линий в спектре активного ядра галактики вызвана движениями многих газовых облаков и эффектом Доплера, измеряя ширину линий, можно оценить характерную скорость движения газовых облаков вблизи центральной чёрной дыры. Зная характерное расстояние газовых облаков от чёрной дыры и их характерную скорость, можно оценить массу центральной сверхмассивной чёрной дыры. Методом эхокартирования оценены массы сотен сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик.

В случае эллиптических галактик, в которых сложно выявить регулярное вращение на фоне больших иррегулярных скоростей звёзд, применяется метод, основанный на построении зависимости дисперсии скоростей движения звёзд от расстояния до центра галактики. Степень нарастания этой дисперсии при приближении к центральной сверхмассивной чёрной дыре характеризует массу чёрной дыры, которая оценивается с применением методов звёздной динамики.

Помимо перечисленных трёх базовых методов, существуют более косвенные и, соответственно, менее надёжные быстрые методы оценки масс сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик, которые применяются для определения масс большого числа сверхмассивных чёрных дыр и для статистических исследований. Эти методы обычно калибруются с помощью результатов, полученных базовыми методами.

Демография сверхмассивных чёрных дыр

К настоящему времени измерены массы тысяч сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик, которые лежат в пределах $10^6\!-\!10^{10}\,M_\odot.$ По оцениваемой массе чёрной дыры вычисляется её гравитационный радиус $r_g.$ Другая, независимая оценка радиуса чёрных дыр может быть получена с помощью наблюдений быстрой переменности оптического, инфракрасного и рентгеновского излучения ядер некоторых галактик на временах менее нескольких десятков минут. Результаты этих наблюдений показывают, что радиус области вокруг сверхмассивной черной дыры, излучающей в этих диапазонах, не превышает $20\,r_g.$ Это накладывает наблюдаемый верхний предел на радиусы сверхмассивных черных дыр.

Накопление наблюдательных данных о сверхмассивных чёрных дырах привело к появлению новой области астрофизики – демографии чёрных дыр, которая изучает рождение, рост чёрных дыр и их эволюционную связь со звёздами, галактиками, скоплениями галактик и т. п. Открыты многие десятки квазаров с возрастом менее 1 млрд лет и огромными массами центральных сверхмассивных чёрных дыр, лежащими в диапазоне $10^8\!-\!10^{10}\,M_\odot.$ Перед современной наукой стоит вопрос: каким образом такие массивные чёрные дыры сформировались за столь короткое время. Открытым остаётся также вопрос о том, что первично в образовании галактики – сверхмассивная чёрная дыра, вокруг которой впоследствии формируются звёзды галактики, или сама галактика, в центре которой «вызревает» сверхмассивная чёрная дыра. На основе наблюдений десятков тысяч квазаров с разными красными смещениями обнаружена удивительная закономерность: массы центральных сверхмассивных чёрных дыр в среднем тем больше, чем меньше возраст квазара.

Выявлена важная корреляция между массами сверхмассивных чёрных дыр, массами центральных звёздных скоплений и параметрами сфероидальных компонент галактик:

$M\sim\sigma^\beta,$где $M$ – масса чёрной дыры или звёздного скопления, $σ$ – дисперсия (разброс) скоростей звёзд сфероидального компонента. Для центральных звёздных скоплений показатель степени $\beta=1,\!6\!-\!2,\!7,$ а для сверхмассивных чёрных дыр $\beta=4\!-\!5.$ Это позволяет предположить, что механизмы образования звёздных скоплений и сверхмассивных чёрных дыр различны.

Характеристики сверхмассивных чёрных дыр по-разному коррелируют с параметрами различных галактических компонентов. Массы сверхмассивных чёрных дыр тесно коррелируют только с параметрами балджей и параметрами эллиптических галактик. В то же время эти массы весьма слабо коррелируют с параметрами псевдобалджей и гало галактик, состоящих в основном из тёмной материи. Массы сверхмассивных чёрных дыр совсем не коррелируют с параметрами дисков галактик, где содержатся молодые звёзды. Выявлена надёжная статистическая зависимость массы центральной сверхмассивной чёрной дыры от массы балджа галактики. В частности, для «стандартной» массы балджа $10^{11}\,M_\odot$ масса центральной сверхмассивной чёрной дыры составляет около 0,5 % от массы балджа. Существуют редкие исключения, когда эта зависимость нарушается; их можно объяснить тем, что крупные галактики часто формируются в результате слияния более мелких галактик. В результате таких слияний в ядрах галактик могут образовываться двойные и кратные сверхмассивные чёрные дыры, которые реально наблюдаются (рис. 4).

Рис. 4. Изображение пары ярких галактических ядер в галактике NGC 7727, расположенной на расстоянии 89 млн световых лет от Земли. В каждом из ядер находится сверхмассивная чёрная дыра. Массы этих сверхмассивных чёрных дыр равны приблизительно 154 млн и 6,3 млн масс Солнца, расстояние между ними составляет всего 1600 световых лет. Изображение получено с использованием спектрографа MUSE на телескопе VLT в Паранальской обсерватории.Рис. 4. Изображение пары ярких галактических ядер в галактике NGC 7727, расположенной на расстоянии 89 млн световых лет от Земли. В каждом из ядер находится сверхмассивная чёрная дыра. Массы этих сверхмассивных чёрных дыр равны приблизительно 154 млн и 6,3 млн масс Солнца, расстояние между ними составляет всего 1600 световых лет. Изображение получено с использованием спектрографа MUSE на телескопе VLT в Паранальской обсерватории.Обсуждаются различные аспекты коэволюции (совместной эволюции) сверхмассивных чёрных дыр и «хозяйских» галактик, в которых они находятся. Слабая форма коэволюции предполагает влияние «хозяйской» галактики на центральную сверхмассивную чёрную дыру посредством аккреции галактического газа и звёзд на чёрную дыру, слияния галактик и т. п. К настоящему времени открыто много случаев приливного разрушения звёзд вблизи сверхмассивной чёрной дыры. При этом формируется транзиентный (временно существующий) аккреционный диск вокруг чёрной дыры и наблюдается вспышка рентгеновского, ультрафиолетового и оптического излучения, длящаяся многие месяцы. Частота таких событий оценивается как одно приливное разрушение звезды за 10⁴ лет для галактики, подобной нашей. В 2019–2021 гг. с борта космической обсерватории «Спектр-РГ» было зафиксировано множество событий приливных разрушений звёзд в центрах галактик. В процессе такой нестационарной аккреции масса центральной сверхмассивной чёрной дыры увеличивается.

Сильная форма коэволюции имеет место, когда сама сверхмассивная чёрная дыра влияет на структуру и эволюцию «хозяйской» галактики. Это происходит, например, в активных ядрах галактик, когда при высоком темпе аккреции вещества галактики на центральную чёрную дыру давление излучения формирует мощный отток вещества от сверхкритического аккреционного диска вокруг чёрной дыры (мощный ветер, релятивистские джеты и т. п.). Это приводит к «выметанию» газа из «хозяйской» галактики и снижению темпа звездообразования в галактике. Такие процессы влияют на спектральные характеристики «хозяйской» галактики и структуру её центральных областей.

Свойства отдельных сверхмассивных чёрных дыр

Рис. 5. Орбита звезды S2 вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Иллюстрация из статьи: Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole, GRAVITY Collaboration, Abuter R. et al., Astronomy & Astrophysics, V. 636, P. L5, 2020. © ESO / GRAVITY Collaboration 2020. Перевод: БРЭ. CC BY 4.0Рис. 5. Орбита звезды S2 вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Иллюстрация из статьи: Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole, GRAVITY Collaboration, Abuter R. et al., Astronomy & Astrophysics, V. 636, P. L5, 2020. © ESO / GRAVITY Collaboration 2020. Перевод: БРЭ. CC BY 4.0Сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики расположена очень близко к Земле, примерно на расстоянии 25 тыс. световых лет. Благодаря этому удалось изучить движения индивидуальных звёзд в её окрестностях и построить полную эллиптическую орбиту звезды S2, период обращения которой оказался равным 15,6 года (рис. 5). Зная угловой размер большой полуоси орбиты звезды S2 при известном расстоянии до центра Галактики, можно определить абсолютные линейные размеры большой полуоси. При известном орбитальном периоде это позволяет найти по 3-му закону Кеплера сумму масс сверхмассивной чёрной дыры и звезды. Поскольку масса звезды S2 составляет порядка $10\,M_\odot,$ можно с высокой точностью и надёжностью оценить массу сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики. По данным на 2009 г., это значение составило $(4,\!31\pm0,\!36)\!\cdot\!10^6\,M_\odot.$ Таким образом, значение массы сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики получено с точностью выше 10 %. Это значение подтверждается наблюдениями отрезков орбит других звёзд центрального галактического звёздного скопления (около трёх десятков звёзд, рис. 6).

По состоянию на 2021 г. у звезды S2 удалось пронаблюдать почти два орбитальных периода. Измерено релятивистское смещение периастра орбиты звезды S2 (рис. 7), которое в точности согласуется с теоретическим значением этого смещения, предсказанным в рамках ОТО.

В 2009 г. в центре Галактики была открыта ещё одна, более слабая звезда S62, которая расположена ближе к сверхмассивной чёрной дыре и у которой орбитальный период равен 9,9 года. У звезды S4711 период ещё короче – 7,6 года. В 2020 г. была открыта звезда S4714, которая обращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры с релятивистской скоростью 24 тыс. км/с. Дальнейшие наблюдения движений звёзд, очень близко расположенных к сверхмассивной чёрной дыре, позволят лучше протестировать ОТО и, возможно, оценить вклад тёмной материи в массу вещества вблизи центральной чёрной дыры.Рис. 6. Орбиты звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики, использованные для определения её массы. Иллюстрация из статьи: Gillessen S. et al. Monitoring stellar orbits around the massive black hole in the galactic center // The Astrophysical Journal, Vol. 692, N. 2, P. 1075–1109. Fig. 16.Рис. 6. Орбиты звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики, использованные для определения её массы. Иллюстрация из статьи: Gillessen S. et al. Monitoring stellar orbits around the massive black hole in the galactic center // The Astrophysical Journal, Vol. 692, N. 2, P. 1075–1109. Fig. 16.К настоящему времени измерены орбитальные движения многих десятков звёзд вблизи сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики, благодаря чему по данным об ориентации орбит этих звёзд в пространстве удалось оценить величину безразмерного момента импульса этой чёрной дыры: $a=0,\!1.$ Это означает, что сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики вращается сравнительно медленно (предельно быстрое вращение чёрной дыры соответствует величине $a=1$).

Рис. 7. Прецессия орбиты звезды S2 вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики в представлении художника. ESO / L. Calçada. CC BY 4.0Рис. 7. Прецессия орбиты звезды S2 вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики в представлении художника. ESO / L. Calçada. CC BY 4.0Значительные достижения имеются в области наблюдательного определения радиуса сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Например, учёным из Европейской южной обсерватории удалось с угловым разрешением порядка миллисекунды пронаблюдать вращение газовых облаков вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики на расстоянии около $3,\!5\,r_g$ с релятивистскими скоростями около 100 тыс. км/с. Таким образом, удалось с помощью прямых наблюдений убедиться в наличии релятивистских движений газа вблизи последней устойчивой орбиты вокруг «нашей» сверхмассивной чёрной дыры (для шварцшильдовской чёрной дыры радиус последней устойчивой орбиты равен $3\,r_g$). Большие надежды в связи с изучением ближайших окрестностей сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики возлагаются на радиоинтерферометр EHT, который обеспечивает угловое разрешение ~10^–5 угловой секунды.

В 2019 г. международный научный консорциум ЕНТ, используя межконтинентальный радиоинтерферометр из 8 радиотелескопов, работающих на миллиметровых волнах, с максимальной базой 10 тыс. км, получил с разрешением ~2·10^–5 угловой секунды изображение ближайших окрестностей и тени сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики М87 (рис. 8). Масса этой чёрной дыры составляет $6,\!5\!\cdot\!10^9\,M_\odot,$ что примерно в 1000 раз больше массы сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Поэтому, хотя галактика М87 удалена от нас на расстояние в 1000 раз больше, чем центр Галактики, угловые размеры сверхмассивных чёрных дыр в центрах нашей Галактики и галактики М87 почти совпадают. Рис. 8. Изображение горячего аккреционного диска вокруг сверхмассивной чёрной дыры массой 6,5 млрд масс Солнца в центре эллиптической галактики M87, полученное по радионаблюдениям с использованием радиоинтерферометра Event Horizon Telescope.Рис. 8. Изображение горячего аккреционного диска вокруг сверхмассивной чёрной дыры массой 6,5 млрд масс Солнца в центре эллиптической галактики M87, полученное по радионаблюдениям с использованием радиоинтерферометра Event Horizon Telescope.Галактика М87 удобна для исследований на интерферометре ЕНТ тем, что она видна для наблюдателя почти «плашмя» (угол между плоскостью галактики и картинной плоскостью составляет примерно 17 °), в то время как на сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей Галактики наблюдатель смотрит, находясь в галактической плоскости. Рис. 9. Изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре эллиптической галактики M87, полученное в результате поляриметрических наблюдений в рамках проекта Event Horizon Telescope. ESO / EHT Collaboration. CC BY 4.0Рис. 9. Изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре эллиптической галактики M87, полученное в результате поляриметрических наблюдений в рамках проекта Event Horizon Telescope. ESO / EHT Collaboration. CC BY 4.0Кроме того, ввиду большой массы чёрной дыры в центре галактики М87, характерные времена переменности её излучения сравнительно велики, что позволяет применять большие времена накопления сигнала при радиоинтерферометрических наблюдениях со сверхдлинными базами, которые реализуются на ЕНТ. Согласно ОТО, диаметр тени шварцшильдовской чёрной дыры в 2,6 раза больше её удвоенного гравитационного радиуса $r_g$ и в случае галактики М87 составляет 3,8·10^–5 угловой секунды. Поскольку наблюдаемый диаметр тени совпал с теоретическим, это служит доказательством того, что компактный объект в центре M87 является чёрной дырой. После дополнительной обработки радиоинтерферометрических наблюдений центра галактики М87 с учётом поляризации радиоизлучения было получено распределение силовых линий магнитного поля в ближайших окрестностях сверхмассивной чёрной дыры (рис. 9).

В 2022 г. консорциумом EHT получено изображение тени вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* (Sgr A*) в центре нашей Галактики.

В России разрабатывается проект космического радиоинтерферометра «Миллиметрон», угловое разрешение которого будет достигать 10^–8 угловой секунды. С его помощью можно будет наблюдать тени от десятков сверхмассивных чёрных дыр в ядрах различных галактик, что приведёт к ещё большему прогрессу в исследованиях чёрных дыр.

Компьютерная визуализация аккреционного диска чёрной дыры с учётом гравитационного линзирования. В начале видео наблюдатель смотрит на чёрную дыру из точки над плоскостью аккреционного диска (расположенная слева часть диска выглядит ярче, поскольку вещество движется в сторону наблюдателя), затем смотрит на неё сверху, пересекает плоскость диска на дальней стороне и возвращается к начальной точке. NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman.Компьютерная визуализация аккреционного диска чёрной дыры с учётом гравитационного линзирования. В начале видео наблюдатель смотрит на чёрную дыру из точки над плоскостью аккреционного диска (расположенная слева часть диска выглядит ярче, поскольку вещество движется в сторону наблюдателя), затем смотрит на неё сверху, пересекает плоскость диска на дальней стороне и возвращается к начальной точке. NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman.

NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy SchnittmanNASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman