В 1980‐х гг., параллельно с поисками черных дыр, представляющих собой своеобразные звездные надгробия (это объекты с радиусами, значительно меньше ста километров), начала открываться еще более впечатляющая исследовательская перспектива. Вихри из газа и звезд в центрах многих галактик, как стало ясно, могут окружать черные дыры с массами, превышающими не полдюжины, а много миллионов солнечных масс. Согласно сделанному выводу, их можно уподобить квазарам, и обнаружить по меньшей мере двумя способами: по искривлению света в их окрестностях, что согласуется с общей теорией относительности; и по скоростям движения близкорасположенных звезд и газа. Нашли несколько претендентов, например галактика М87 в скоплении Девы – гигантская галактика, в центре которой, как известно, находится темная масса; и даже наша массивная и хорошо знакомая соседка М31 в созвездии Андромеда часто рекомендовалась для изучения. Радиоастрономы, используя интерферометры (о них мы говорили в главе 18), начали картографировать центры галактик с гораздо большей точностью, чем это можно было бы сделать оптическими средствами (даже с помощью космического телескопа «Хаббл»), и изучать соседнюю галактику NGC 4258; ее газовый диск, вращающийся вокруг центра, свидетельствовал о возможном существовании черной дыры в 36 миллионов солнечных масс. На основании этих данных, которые иногда приписывали действию квазаров, возник вопрос, а не стоит ли нам обратиться к нашей собственной Галактике, где квазары уж точно отсутствуют?

В 1988 г. физик Чарльз Таунс из Университета Беркли (штат Калифорния) с коллегами, в том числе со своим докторантом Рейнхардом Генцелем из Мюнхена, высказали предположение, что в центре нашей Галактики находится массивная черная дыра. Таунс и Генцель оценили массу предполагаемой черной дыры в ядре нашей Галактики в 4 миллиона солнечных масс (впоследствии это значение было снижено до 3 миллионов), основываясь на изучении инфракрасного излучения движущихся вокруг него ионизированных водородных газовых облаков. Сама идея в целом встретила возражения в профессиональных кругах на том основании, что выбранный объект, радиоисточник Стрельца А*, излучал менее одной десятитысячной доли от ожидаемого излучения газа, втекающего в такую громадную черную дыру. В итоге ранние оценки ожидаемого излучения были пересмотрены Элиотом Куатартом (также из Беркли). Согласно его результатам, газ, текущий в направлении черной дыры, не весь проходит сквозь ее горизонт, увеличивая дыру, как считали ранее, бо́льшая его часть образует аккреционный диск и выбрасывается вовне в виде джетов.

В течение более десяти лет сама идея звучала слишком неубедительно для широкого астрономического сообщества, но наконец удалось получить требуемое доказательство. В 2002 г. Генцель с коллегами по Институту внеземной физики Общества Макса Планка в Мюнхене сделал доклад о практически неоспоримом новом подтверждении того, что их команда была права. Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили, Генцель провел более десяти лет, отслеживая звезду под названием S2, обращающуюся вокруг центра нашей Галактики по орбите с очень большим эксцентриситетом. Только с изобретением системы адаптивной оптики (см. об этом выше на с. 917) оказалось возможным выявлять отдельные звезды с достаточно малыми периодами обращения, что сделало осуществимым проведение подобных исследований в течение относительно короткого времени. Период обращения указанной звезды составлял всего лишь 15,5 года. Теоретически полученная масса объекта, вокруг которого она обращалась, оказалась равна примерно трем миллионам солнечных масс, то есть была в точности такой, как ожидалось. По большой скорости звезды S2, когда она подходила к близким окрестностям радиоисточника Стрелец А*, указанная команда астрономов наконец получила возможность идентифицировать этот объект с черной дырой, находящейся в галактическом центре. Радиус Шварцшильда черной дыры, обладающей массой в 3 миллиона солнечных масс, равен примерно десяти расстояниям от Земли до Солнца, а звезда приближалась к этому объекту на расстояние, превышающее радиус орбиты Плутона примерно в три раза.

Поскольку было известно, что существует еще двадцать или тридцать объектов, движущихся на еще более близких расстояниях от галактического ядра, чем S2, это открытие сразу же породило новую исследовательскую программу с использованием спутниковой инфракрасной интерферометрии (которая на тот момент отсутствовала) для более детального отслеживания траекторий и проведения еще одной проверки общей теории относительности. Есть существенная разница между черными дырами звездной массы и черными дырами в ядрах галактик. Первые достигают чудовищных плотностей в результате коллапса звезд, а это предъявляет особые требования к ядерной физике, которую очень сложно применять при такой степени концентрации. Черные же дыры галактических ядер должны быть не плотнее воздуха. Тем не менее их воздействие на все, что в них попадает, весьма губительно. Вращающаяся черная дыра своими приливными силами растягивает несчастный объект, превращая его в «спагетти». Некоторые ученые осуществили теоретический разбор гораздо более радикальных эффектов, предполагая, что падающий объект врывается в новое пространство, и даже в новую вселенную. Черные дыры служат выходом не только в новые миры, но и в новые космологии.

Черные дыры, вполне возможно, присутствуют в ядрах всех галактик вообще, хотя шансы на открытие большинства из них, по всей видимости, будут долго оставаться близкими к нулю; черная дыра однозначно обнаружена в центре галактики М31 на изображениях, полученных космическим телескопом «Спитцер» в 2005 г. Независимые наземные исследования анонсировали это уже в 1988 г., но центральный темный объект (различимый с гораздо меньшей четкостью, чем в инфракрасном диапазоне с космической платформы) мог быть интерпретирован несколькими противоречивыми способами, которые можно было устранить лишь со временем. Данные 2005 г. позволили оценить массу черной дыры, которая, как сообщалось, оказалась равна 140 миллионам солнечных масс. Это в три раза превысило все самые смелые предварительные оценки.