Черная дыра – это астрономическая область в пространстве и времени, внутри которой гравитационное притяжение стремится к бесконечности. Чтобы покинуть черную дыру, объекты должны достичь скорости, намного превышающей скорость света. А так как это невозможно, то даже кванты самого света не излучаются из области черной дыры. Из всего этого следует, что область черной дыры абсолютно невидима для наблюдателя независимо от того, насколько удаленно от него она находится. Поэтому обнаружить и определить размеры и массу черных дыр можно только анализируя обстановку и поведение объектов, находящихся рядом с ними.
На 20 симпозиуме по релятивистской астрофизике в Техасе, прошедшем в январе 2001 года, астрономы Карл Гебхардт и Джон Корменди продемонстрировали метод практических измерений масс близлежащих черных дыр, дающие астрономам возможность получения информации о росте черных дыр. С помощью этого метода было открыто и изучено 19 новых черных дыр в дополнение к уже известным в то время 19. Все они являются сверхмассивными и имеют вес от одного миллиона до миллиарда солнечных масс. Располагаются они в центрах галактик.
Метод измерений масс основан на наблюдении за перемещением звезд и газа около центров их галактик. Такие измерения могут проводиться только при высоком пространственном разрешении, которое могут обеспечивать космические телескопы типа Hubble или NuSTAR. Суть метода заключается в анализе изменчивости квазаров и обращения огромных газовых облаков вокруг дыры. Яркость излучения вращающихся газовых облаков напрямую зависит от энергии рентгеновского излучения черной дыры. Так как свет имеет строго определенную скорость, изменения яркости газовых облаков для наблюдателя видны позже, чем изменение яркости центрального источника излучения. По разнице во времени вычисляется расстояние от облаков газа до центра черной дыры. Вместе со скоростью вращения газовых облаков вычисляется и масса черной дыры. Однако данный способ включает неопределенность, так как не существует способа проверить правильность конечного результата. С другой стороны, данные, получаемые этим методом, соответствуют зависимости между массами черных дыр и массами галактик.
Классический способ измерения массы черной дыры, предложенный современником Эйнштейна Шварцшильдом, описывается формулой M=r*c^2/2G, где r – гравитационный радиус черной дыры, с – скорость света, G – гравитационная постоянная. Однако эта формула точно описывает массу изолированной, невращающейся, незаряженной и не испаряющейся черной дыры.
Совсем недавно появился новый способ определения масс черных дыр, давший возможность открывать и изучать черные дыры «среднего класса». Он основан на радиоинтерференционном анализе джетов – выбросов материи, образующихся во время поглощения черной дырой массы из окружающего ее диска. Скорость джетов может быть выше половины скорости света. А так как разогнанная до таких скоростей масса излучает рентгеновское излучение, она может быть зарегистрирована радиоинтерферометром. Метод математического моделирования таких джетов позволяет получить более точные значения средних масс черных дыр.
