Nakties dangus yra tamsus, kartais net visai juodas (priklausomai nuo to, iš kur žiūri), neskaitant daugybės švytinčių žvaigždžių. Juodosios skylės, turint omeny kad iš jų negali ištrūkti netgi šviesa, turėtų būti dar tamsesnės. Taigi atrodytų, kad galbūt galima jas būtent taip ir aptikti – ieškoti juodame danguje dar juodesnių taškelių, kaip kokios juodos katės tamsiame kambaryje. Tačiau pasižvalgius pro teleskopus, kyla problema – kosmose pilna visko, taigi tarp mūsų ir juodosios skylės beveik neabejotinai bus daugybė dulkių ir dujų; o jei nieko nebus, tai nežinosim, ar tikrai nieko nėra, ar juodoji skylė užstoja. Žodžiu kyla problemų. Taigi kaip galima tas juodąsias skyles aptikti ir iš kur mes bendrai paėmus žinome, kad jos egzistuoja. Apie tai žemiau ir papasakosiu.

Pradėsiu nuo trupučio istorijos, kad geriau suprastumėte, kodėl iš viso reikia kažkokių juodų kiaurymių ieškoti. Kai Einšteinas 1915-aisiais metais paskelbė bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindinę lygtį, siejančią erdvėlaikyje esančią masę ir to erdvėlaikio iškreivinimą (ne, tai nėra E=mc^2, bet lygties detalės mums nesvarbios), jis dar ir pats nebuvo radęs tos lygties sprendinių, aprašančių erdvėlaikio geometriją netoli masyvių kūnų. Tačiau nepraėjo nė metai, ir jaunas vokietis Karlas Švarcšildas (Karl Schwarzschild), laisvalaikiu tarp budėjimo apkasuose Rytų fronte, rado vieną sprendinį. Tas sprendinys, vadinamas Švarcšildo metrika, aprašo erdvėlaikio geometriją išorėje masyvaus, sferiškai simetriško (t.y. rutulio formos) nesisukančio kūno. Atrodytų, nedidelis pasiekimas – Visatoje juk yra daugybė kūnų, o ne tik vienas, tad ir toks sprendinys nelabai kur pritaikytinas. Tačiau kai kiti kūnai yra toli, šis sprendinys pakankamai arti realybės, ir juo remiantis galima apskaičiuoti daugybę reliatyvistinių efektų – Merkurijaus orbitos precesiją Saulės gravitaciniame lauke (atrodo, tai buvo pirmasis BRT patvirtinimas), šviesos užlinkimą judant šalia Saulės (gravitacinio lęšio efektą), gravitacinį raudonąjį poslinkį dėl Žemės traukos (į kurį neatsižvelgus neveiktų GPS sistemos) ir taip toliau.

Švarcšildo metrika taip pat turi įdomią savybę. Jei kūno spindulys yra mažesnis už kritinę vertę, vadinamą Švarcšildo spinduliu, tai jis erdvėlaikyje „praplėšia skylę“ ir iš jo gravitacinio lauko negali pabėgti net šviesa. Ilgą laiką buvo manyta, kad šitokios „juodosios skylės“ (beje, šis terminas sugalvotas tik septintajame dešimtmetyje) tėra tik matematinė BRT keistenybė ir neturi jokio realaus pagrindo. Juk Saulės Švarcšildo spindulys lygus 3 kilometrams, o Žemės – vos keliems milimetrams. Tuo labiau, kad 1924-aisiais A. Edingtonas (Sir Arthur Eddington) parodė, jog pakeitus koordinačių sistemą, Švarcšildo spindulio keistenybė pranyksta. Tiesa, lieka panašus „erdvės praplėšimas“, šįkart jau visiškas (t.y. duodantis begalinį reikalingą ištrūkimo greitį) pačiame koordinačių sistemos centre, bet kad kažkokia masė galėtų būti sukoncentruota viename taške, t.y. pasiekti begalinį tankį, niekas net negalvojo.

Tačiau po dar kelių metų reikalai ėmė krypti kita linkme. 1931-iaisiais indų astrofizikas Subramanjanas Čandrasekaras (Subrahmanyan Chandrasekhar) apskaičiavo, kad baltosios nykštukės, masyvesnės nei maždaug 1,4 Saulės masės, negalėtų egzistuoti, nes elektronų slėgis nebeatlaikytų gravitacijos ir žvaigždė „sugriūtų pati į save“, arba protingiau tariant, kolapsuotų. Šitas kolapsas ją paverstų neutronine žvaigžde, tačiau ir ši turi viršutinę masės ribą – maždaug 3 Saulės masės. Kai šis limitas buvo apskaičiuotas 1939 m., nebuvo žinomas joks mechanizmas, kuris galėtų sulaikyti tokį objektą nuo kolapso į vieną tašką – singuliarumą.

Toks mechanizmas nežinomas ir iki šiol (neskaitant kelių visiškai teorinių ir niekaip nepatikrintų išvedžiojimų, bet apie juos čia nesiplėsiu). Bet iki daugmaž visuotinio pripažinimo ir aktyvių tyrimų pradžios juodosioms skylėms teko laukti dar keletą dešimtmečių. 1967 m. atrasti pulsarai – labai greitai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurių milžiniškas magnetinis laukas sukuria siaurą spinduliuotės srautą palei magnetinę ašį, nesutampančią su sukimosi ašimi; kai ta magnetinė ašis pasisuka į mus, mes matome žvaigždės šviesą, o kitu metu – ne. Būtent dėl labai tikslaus periodiškumo buvo nustatyta, kad šviesos srautą kuria magnetiniai laukai, o tokie stiprūs magnetiniai laukai galėjo egzistuoti tik neutroninėse žvaigždėse. Taip patvirtinus pastarųjų egzistavimą, prisimintos ir juodosios skylės bei pradėta galvoti, kaip čia būtų įmanoma jas aptikti.

Kurį laiką mąstoma buvo panašiai kaip rašiau įžangoje – jei juodosios skylės yra juodos, tai gal pavyktų pamatyti kažkokių labai tamsių objektų. Taip pat buvo žinoma apie gravitacinio lęšio efektą, kurį turėtų sukelti juodosios skylės, praskrendančios tarp mūsų ir tolimo šviesaus objekto (žvaigždės arba galaktikos). Dar buvo galvojama apie gravitacijos pasireiškimą dvinarėse žvaigždėse, jei viena iš jų tampa juodąja skyle. Tokiu atveju didelė dalis masės išliktų skylėje, ir dvinarė žvaigždė suktųsi beveik kaip ir anksčiau, bet šviestų tik viena narė, tad tokias sistemas būtų sąlyginai lengva aptikti. Iš šių trijų būdų pirmasis pasirodė visiškai nenaudingas, antrasis naudingas kartais, bet labai nedažnai, o trečiasis naudojamas, bet dvinarėse sistemose juodąsias skyles aptikti galima ir kitaip.

1973 m. du rusų mokslininkai, Nikolajus Šakura (Nikolai Shakura, Николай Шакура) ir Rašidas Sunjajevas (Rashid Sunyaev, Раши́д Сюня́ев) parašė straipsnį, kuriame išdėstė, kas atsitinka dvinarėje sistemoje su juodąja skyle, kai žvaigždė prie šios priartėja taip arti, jog juodosios skylės gravitacija ima pritraukti žvaigždės materiją. Ta materija gali būti žvaigždės vėjo dalelės arba pačios žvaigždės paviršiniai sluoksniai, jei dalį žvaigždės juodoji skylė ima traukti labiau, nei likusi tos žvaigždės dalis. Tokiu atveju žvaigždės materija ima kristi juodosios skylės link, tačiau dėl sukimosi momento tvermės dėsnio negali įkristi tiesiai, o susisuka į paplokščią diską, besidriekiantį beveik nuo pat Švarcšildo spindulio iki tiek toli, kiek užtenka materijos. Toks diskas vadinamas akreciniu. Ir savo straipsnyje Šakura ir Sunjajevas apskaičiavo, kad taip besisukantis diskas turi įkaisti dėl trinties, po truputį sukritinėti į juodąją skylę ir spinduliuoti nemažai šviesos. O tos šviesos spektras turėtų būti smarkiai kitoks, nei tipiniai žvaigždžių spektrai, tad ir aptinkamas turėtų būti nesunkiai. Ypač daug tame spektre turėtų būti Rentgeno spindulių.

Maždaug tuo metu buvo pradėti nuoseklūs dangaus stebėjimai Rentgeno spindulių diapazone. Ir, kaip bebūtų (ar nebūtų) keista, aptikta keletas dvinarių žvaigždžių, kurių spektre pastebėta labai daug Rentgeno spindulių. Patyrinėjus jas atidžiau, buvo prieita išvada, kad greičiausiai jos sudarytos iš paprastos žvaigždės ir juodosios skylės (kai kuriais atvejais – neutroninės žvaigždės ar baltosios nykštukės). Šių žvaigždžių tyrinėjimai tebesitęsia, teorija yra po truputį tobulinama, nustatomi akrecijos parametrai, kintamumas ir taip toliau.

Gerokai daugiau dėmesio sulaukė tai, kad daugybės galaktikų spektruose taip pat pastebėta labai daug Rentgeno spindulių, o kai kurių spektrai iš esmės tiksliai atitiko teorinį juodosios skylės akrecinio disko spinduliuotės modelį. Tokios „keistos“ galaktikos jau seniau buvo pavadintos „aktyviomis“, o dabar paaiškėjo, kad pavadinimas puikiai tinka – tokiose galaktikose, greičiausiai jų centruose, yra aktyviai materiją „valganti“ labai didelės masės juodoji skylė. Gerėjant stebėjimams, buvo sugebėta atskirti spinduliuotę iš visos galaktikos ir spinduliuotę iš centrinio objekto ir dar tiksliau patvirtinta, kad bent jau aktyvių galaktikų didžiosios dalies centruose egzistuoja supermasyvios (daugiau nei milijono Saulės masių) juodosios skylės. Taip pat iš spektrų panašumo buvo padaryta prielaida, kad kvazarai, arba „daugmaž-žvaigždiniai objektai“ (angl. quasar, QSO arba quasi-stellar object) yra panašios aktyvios galaktikos, tik žymiai toliau esančios, taigi atskirti centrinio objekto ir visos galaktikos spinduliuotės nepavyksta.

O kaip yra su neaktyviomis galaktikomis, t.y. tokiomis, kurių centruose nėra Rentgeno spindulių šaltinio? Dar 1969-aisiais metais anglas Donaldas Linden-Belas (Donald Lynden-Bell), o 1982-aisiais lenkas Andžejus Soltanas (Andrzej Sołtan), naudodamiesi tuo metu žinomais kvazarų kiekiais ir šviesiais, apskaičiavo, kiek analogiškų, tik nebešviečiančių, objektų turėtų būti mūsų aplinkoje. Soltanas, rašydamas savo straipsnį, jau daugmaž žinojo, kad kvazarai greičiausiai yra supermasyvios juodosios skylės, taigi „mirę kvazarai“ Žemės aplinkoje turėtų būti tokios pačios juodosios skylės, tik šiuo metu nevalgančios jokios materijos. Ir vienas, ir kitas autorius gavo panašius rezultatus – vidutiniškai viena supermasyvi juodoji skylė turėtų egzistuoti maždaug dešimtyje kubinių megaparsekų. Šitoks tūris yra panašus į vidutinį erdvės tūrį, tenkantį vienai galaktikai, taigi buvo padaryta išvada, kad didžioji dalis galaktikų savo centruose turi supermasyvias juodąsias skyles, tik ne visos tos skylės valgo materiją, taigi ne visos galaktikos yra aktyvios.

Jei jau ne visos galaktikos yra aktyvios, tai būtų visai įdomu kaip nors kitaip patikrinti, ar egzistuoja tos juodosios skylės jų centruose. Čia tenka vėl atsigręžti į gravitacinius efektus, būtent į žvaigždžių orbitas. Mūsų Galaktikos centre tokių žvaigždžių esama gana daug, ir kuo arčiau centro, tuo greičiau jos juda. Kuo greitesnis tas judėjimas, tuo lengviau jį nustatyti. Taigi kai stebėjimais tapo įmanoma pažvelgti į centrinį Galaktikos parseką, pradėta reguliariai stebėti žvaigždžių padėtis ir nustatytos daugelio orbitos. Pastebėta, kad jos visos sukasi aplink daugmaž vieną tašką, tiksliai sutampantį su radijo bangų šaltiniu Šaulio A* (Sagittarius A*, SgrA*). Iš teorinių modelių žinoma, kad mažo aktyvumo juodosios skylės (t.y. tokios, kurios valgo labai nedidelius kiekius materijos) turėtų spinduliuoti būtent radijo bangų ruože. Tačiau tai dar ne įrodymas, kad ten tikrai juodoji skylė. Tas įrodymas po truputį vis stiprinamas yra iki pat dabar, kai randama žvaigždžių vis arčiau to centrinio objekto. Artimiausia žvaigždė praskrieja vos už 17 šviesvalandžių (maždaug toks yra Saulės sistemos skersmuo) nuo centrinio objekto, bet jos orbita visiškai nesiskiria nuo eliptinės, t.y. tokios, kokia turėtų būti, jei ji suktųsi aplink taškinį kūną. Vadinasi visa masė, aplink kurią sukasi ta žvaigždė ir kitos Galaktikos centre esančios, yra sutelkta mažesnio nei 17 šviesvalandžių spindulio kūne. Turint omeny, kad ta masė yra maždaug 4 milijonai Saulės masių, tai negali būti joks kitas mums žinomos materijos telkinys, nei juodoji skylė. Vėlesni stebėjimai ir radijo spindulių šaltinio gabaritų vis tikslesnis nustatymas leido dar sumažinti maksimalų leistiną SgrA* spindulį – iki 6 su puse šviesvalandžių. Taip buvo atmesti ir daugelis egzotiškų materijos formų telkinių.

Štai taip, po truputį, ilgo ir kruopštaus stebėjimo bei duomenų analizės dėka, astronomai išsiaiškino, kas tūno mūsų Galaktikos centre. Kiti stebėjimai leidžia spėti, jog labai panašus žvaigždžių judėjimas vyksta ir artimiausioje kitoje didelėje galaktikoje – M31 (arba Andromedos ūke). Pagal tų žvaigždžių parametrus nustatyta, jog M31 centrinio objekto masė yra maždaug 40 milijonų Saulės masių. Jo dydis nėra taip gerai apibrėžtas, kaip SgrA*, tačiau vis tiek sudėtinga įsivaizduoti kitokį objektą, nei juodąją skylę, kuris galėtų būti toks masyvus ir toks mažas.

Tokie tat yra būdai, kaip mes galime „pamatyti“ juodąsias skyles. Tikiuosi, kad nelabai nuobodu buvo skaityti.