Место, откуда нет возврата. Даже из христианского ада можно выбраться, если верить средневековым визионерам. Но вот из поля притяжения черной дыры не спастись ничему, даже свету. Небольшой объект, имеющий массу до миллиардов солнечных, имеет настолько мощное гравитационное поле, что притягивает к себе даже излучение – что уж говорить о материи. Подобные крохотные гиганты находятся в центре каждой галактики, в том числе и нашей. Происходящее на границе черной дыры оказывает значительное влияние на ее галактику – мощное излучение и потоки релятивистских частиц пронизывают ее. Понять границы черной дыры, а значит, и ее плотность, насколько критические условия наблюдаются в самой дыре, впервые удалось сотрудникам Обсерватории Хайстак Массачусетского технологического университета. Правда, речь на самом деле идет не о радиусе самой черной дыры – это не твердый объект вроде планеты, радиус которой можно легко видеть. Да если бы и было так, все равно нам бы не удалось измерить размер дыры – ведь она не выпустит никакое излучение, а значит, мы не сможем получить об этом месте никакой информации. На самом деле для далекой черной дыры был измерен радиус горизонта событий. Это область, внутри которой ничто уже не может избежать притяжения дыры. Именно этот рубеж и представляет наибольший интерес и вместе с тем является пределом, за который не удастся заглянуть никогда.

Для изучения горизонта событий использовался интерферометр Event Horizon Telescope, пространственная разрешающая способность которого превышает способность Хаббла в 2000 раз. Эта мощь была направлена на галактику M87, лежащую на расстоянии 50 миллионов световых лет от нас. Масса черной дыры в этой галактике превышает солнечную в 6 миллиардов раз. Именно около нее удалось наблюдать свечение материи на горизонте событий. «Как только объект (и излучение – КЖ) пересекает горизонт событий, он потерян навсегда, – говорит Шеп Долеман, сотрудник Обсерватории Хайстак и Смитсоновской астрофизической обсерватории. – Это выход из Вселенной. Войдя за эту дверь, вы уже не вернетесь».

Однако, не все, оказавшееся очень близко к черной дыре, падает на нее. Около горизонта событий происходит постоянная толкотня. Часть материи неизбежно падает на дыру, тогда как часть, нагретая из-за этой активности до столь высокой температуры, что скорость частиц приближается к скорости света, улетает от дыры.  Весь этот, как обреченный, так и получивший шанс на спасение, материал обращается вокруг черной дыры, образующий около нее плоский диск. Скорость вращения этого диска такова, что все его частицы имеют релятивистские линейные скорости. Вращение черной дыры происходит в том же направлении, что и ее диска, постоянно снабжающего ненасытную дыру материалом. Вращается при этом не только материя, но еще и магнитные поля, ускоряющие частицы, движущиеся вдоль их линий напряженности. Ускоренные частицы выбрасываются в галактику, и эти потоки видны на расстояниях в сотни и тысячи световых лет от их источника – дыры и аккреционного диска. Эти потоки оказывают огромное влияние на галактику, в частности, на звездообразование. Траектории потоков зависят от происходящего около черных дыр, где доминирует их гравитация. Такие условия отлично подходят для проверки общей теории относительности в предельных переходах. Пока что теория была проверена только при обычных гравитационных условиях – например, в Солнечной системе, где при помощи нее удалось объяснить прецессию орбиты Меркурия, необъяснимую теорией гравитации Ньютона. Как эта орбита стала тем пределом, за которым классическая гравитация уже не работает, так же условия около черной дыры, возможно, заставят теорию Эйнштейна дать сбой. Впрочем, не справиться с такими условиями вряд ли удивительно.

Согласно теории относительности Эйнштейна, масса и скорость вращения черной дыры определяют, насколько близко к ней должен подойти вращающийся в аккреционном диске материал, чтобы его вращение стало неустойчивым и он упал на горизонт событий. Поскольку потоки частиц в галактике M87 запускаются магнитными полями с максимально низких орбит, скорость вращения черной дыры может быть оценена при помощи измерения толщины потока в месте его начала. Такие наблюдения, впрочем, до недавнего времени были невозможны из-за недостаточной разрешающей способности современных телескопов. Даже и сейчас ни один телескоп на это не способен. Но где не способен один, там справятся несколько. Используя технику интерферометрии со сверхдлинной базой, команда Долемана создала фиктивный телескоп размером в тысячи километров. За счет этого разрешающая способность дала наблюдения с той точностью, которая требовалась для определения размеров потока релятивистских частиц у его основания, на самом краю черной дыры. «Сейчас мы можем спросить у Эйнштейна, был ли он прав, – говорит Долеман. – Мы можем различать особенности, предсказанные его теорией, в экстремальных гравитационных условиях». Оценка размеров потока частиц при помощи интерферометра показала, что он превышает горизонт событий в размере всего в 5.5 раз. Из этой информации также было получено интуитивно понятное, но до этого не доказанное утверждение – аккреционный диск черной дыры вращается в том же направлении, что и сама дыра. Кристофер Рейнолдс, сотрудник Университета Мериленда и признанный специалист в области черных дыр, высоко оценивает полученный результат, указывая на первую возможность изучить поведение релятивистских потоков частиц черных дыр при помощи наблюдательных данных. «Внутренняя, фундаментальная природа потоков все еще остается тайной, – говорит Рейнолдс. – Многие астрофизики считают, что источником их энергии является вращение черных дыр. Но сейчас все эти предположения не выходят за рамки теоретизирования. Это исследование – первая возможность проверить теорию при помощи наблюдательных данных». Однако группа авторов не собирается останавливаться на достигнутом и планирует улучшить свой результат за счет увеличения мощи интерферометра, добавив к нему машины в Чили, Европе, Миксике, Гренландии и Антарктике.