2,5‑метровый телескоп КГО включен во Всероссийскую программу исследований, и КГО стала центром коллективного пользования. Комитет по распределению наблюдательного времени на крупных телескопах РФ (председатель – К. А. Постнов) имеет возможность до 20% наблюдательного времени на 2,5‑метровом телескопе КГО выделять на всероссийские наблюдательные программы, например на программу наземной оптической поддержки космического рентгеновского эксперимента «Спектр-Рентген-Гамма» (научный руководитель академик РАН Р. А. Сюняев).
С 2015 года в астрономии прошла череда новых выдающихся открытий.
14 сентября 2015 года улучшенная версия американской лазерной гравитационно-волновой обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) впервые зарегистрировала гравитационно-волновой сигнал от слияния черных дыр в двойной системе. Это положило начало развитию новой науки – гравитационно-волновой астрономии. В 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике трем ученым: Райнеру Вайсу, Барри Баришу и Кипу Торну за «решающий вклад в создание детектора LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и наблюдение гравитационных волн». Следует подчеркнуть, что впервые идея использовать лазерный интерферометр вместо твердотельной антенны (с которой работал Дж. Вебер) была высказана в 1962 году советскими физиками Михаилом Евгеньевичем Герценштейном и Владиславом Ивановичем Пустовойтом, а в развитие методов детектирования гравитационных волн с помощью лазерных интерферометров большой вклад внесли советские и российские ученые на физическом факультете МГУ под руководством члена-корреспондента РАН Владимира Борисовича Брагинского, а также группа из ИПФ РАН под руководством академика Е. А. Хазанова.
Публикация об открытии гравитационных волн вышла из печати в середине 2016 года в журнале Physical Review Letters, и вскоре было организовано заседание научной сессии Отделения физических наук РАН с обсуждением этого замечательного открытия. Мне было поручено сделать соответствующий доклад на этой сессии. Я сделал доклад на тему «Открытие гравитационных волн: новый этап в исследованиях черных дыр». Этот доклад опубликован в журнале «Успехи физических наук» (2016. Т. 186. С. 1001).
3–7 октября 2016 года в САО РАН прошла Международная конференция на тему «Звезды: от коллапса до коллапса». К этому времени уже были опубликованы первые результаты открытия гравитационных волн от слияния черных дыр в двойных системах обсерваторией LIGO. Я сделал на этой конференции доклад на тему «Новые возможности наблюдений эффектов сильной гравитации вблизи звездных и сверхмассивных черных дыр». По результатам конференции были опубликованы труды.
Накануне открытия гравитационных волн, в 2014 году, в ГАИШ прошла Международная конференция, посвященная памяти Леонида Петровича Грищука, который безвременно ушел из жизни в возрасте 71 года. На этой конференции присутствовал Кип Торн – один из руководителей гравитационно-волнового эксперимента LIGO. В Большой физической аудитории физического факультета МГУ он сделал доклад о проблеме поиска гравитационных волн и представил результаты многочисленных модельных расчетов процессов слияния черных дыр в двойных системах. Кип Торн заявил, что мы находимся накануне открытия гравитационных волн, и отметил, что эти многочисленные модельные расчеты будут использоваться для идентификации гравитационно-волновых событий и определения характеристик черных дыр в сливающихся двойных системах. Последующие события полностью подтвердили его высказывания. То, что гравитационно-волновые сигналы впервые были открыты от слияния черных дыр, а не нейтронных звезд, не стало неожиданностью для ученых. Еще в 1997 году астрофизики из ГАИШ МГУ В. М. Липунов, К. А. Постнов и М. Е. Прохоров предсказали, что обсерватория LIGO первой должна зарегистрировать сигналы от слияния черных дыр. Хотя частота слияния черных дыр в двойных системах (~ 10-5 ÷ 10-6 слияний в год на одну стандартную галактику) существенно ниже, чем частота слияния нейтронных звезд (~ 10-4), при слиянии черных дыр выделяется намного большая энергия в виде гравитационных волн. Это позволяет регистрировать гравитационные волны с гораздо больших расстояний. Поскольку объем пространства пропорционален кубу расстояния, количество доступных для наблюдений сливающихся пар черных дыр увеличивается и, соответственно, возрастает вероятность их обнаружения с помощью гравитационно-волновых телескопов.
К настоящему времени гравитационно-волновыми телескопами LIGO, Virgo и др. зарегистрировано уже около сотни событий слияния двойных черных дыр. Особо следует отметить открытие в 2017 году гравитационно-волнового сигнала от слияния двух нейтронных звезд. Это слияние наблюдалось также и в электромагнитном канале, в рентгеновском, гамма и оптическом диапазонах спектра (наблюдалось явление так называемой килоновой). По результатам одновременных наблюдений в гравитационно-волновом и электромагнитном каналах ученым удалось показать, что скорость распространения гравитационных волн в пространстве с точностью ~ 10-15 совпадает со скоростью света (!). Этот результат имеет значение для проверки (а точнее, для отбрасывания) ряда теорий гравитации, альтернативных ОТО. Наблюдения спектров электромагнитного излучения от слияния нейтронных звезд позволили изучить процессы нуклеосинтеза и формирования тяжелых химических элементов, вплоть до элементов группы урана. Оказалось, что основное количество чистого золота во Вселенной сформировалось при слиянии нейтронных звезд в двойных системах (!). Забегая вперед, отметим, что анализ многочисленных гравитационно-волновых событий от слияния черных дыр, во время которых ОТО Эйнштейна проявляет себя уже не в статике, а в динамике, не обнаружил никаких отличий от предсказаний ОТО. Это позволяет сделать уверенный вывод о том, что ОТО успешно проверена в сверхсильных переменных гравитационных полях, а черные дыры звездных масс, предсказываемые ОТО, можно считать окончательно открытыми. Таким образом, рентгеновская астрономия обеспечила первый прорыв в исследованиях черных дыр звездных масс, а гравитационно-волновая астрономия позволила окончательно доказать их существование.
Считаю, что мне повезло в том, что я, волею судеб, оказался у истоков процесса открытия черных дыр, который длился свыше полувека. Особенно мне повезло в том, что я дожил до окончательного открытия черных дыр. В связи с этим мне приятно осознавать тот факт, что в 2009 году я был удостоен Государственной премии Российской Федерации за наблюдательные исследования черных дыр.
С открытием гравитационных волн астрономия окончательно утвердилась как многоканальная наука. В настоящее время астрономия исследует Вселенную в канале электромагнитных волн (от гамма-квантов до радиоволн), в канале нейтрино (уже установлена связь нейтринных событий с активностью ядер галактик-блазаров), в канале космических лучей и, что очень важно, в канале гравитационных волн. Фактически астрономия теперь изучает все четыре известные физические взаимодействия: электромагнитное (фотоны), слабое (нейтрино), сильное (космические лучи, результат ядерных взаимодействий) и гравитационное. В 2019 году под моим редакторством вышла в свет коллективная монография «Многоканальная астрономия» (издательство «Век-2», Фрязино), объемом сорок авторских листов, которая оказалась первой в мире книгой на эту тему. В 2022 году вышло второе издание этой монографии (издательство ДМК, Москва). Я написал в эту монографию главу «Черные дыры», где рассказал про черные дыры в рентгеновских двойных системах, в гравитационно-волновых двойных системах, а также описал сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик. Рассказывая о сверхмассивных черных дырах, я также рассказал о первых результатах международного эксперимента Event Horizon Telescope (EHT-телескоп для наблюдений горизонта событий черных дыр), в которых была сделана попытка с помощью межконтинентальной радиоинтерферометрии на коротких волнах оценить структуру ближайших окрестностей сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Во втором издании этой монографии, которое вышло в 2022 году, я уже смог констатировать гигантский успех в исследованиях сверхмассивных черных дыр с помощью EHT-построения изображений «теней» сверхмассивных черных дыр в ядре галактики М87 и в ядре нашей Галактики. Эти результаты окончательно доказали существование сверхмассивных черных дыр.
Таким образом, в настоящее время можно сказать, что мы являемся свидетелями триумфа черных дыр. Шестьдесят лет активного поиска таких экстремальных объектов, как черные дыры, увенчались грандиозным успехом: доказано, что как черные дыры звездных масс, так и сверхмассивные черные дыры реально существуют во Вселенной (!). Эти удивительные объекты наконец завоевали «права гражданства» среди классических объектов Вселенной: звезд, галактик и т. п.
Недавно появился новый аспект в проблеме исследования черных дыр: наблюдения двойных сверхмассивных черных дыр. Такие пары сверхмассивных черных дыр могли сформироваться при взаимодействии и слиянии галактик. Двойные сверхмассивные черные дыры открыты как с помощью наблюдений тесных двойных ядер галактик методами высокого углового разрешения, так и путем наблюдений переменности ядер некоторых галактик, в которой выявляются следы периодичности. При орбитальном движении двойные черные дыры теряют энергию на излучение долгопериодических гравитационных волн. При этом они постепенно сближаются и затем сливаются подобно тому, как это происходит в двойных черных дырах звездных масс. Различие состоит в том, что процесс слияния в двойных черных дырах звездных масс происходит на временах в десятые доли секунды, а аналогичный процесс в двойных сверхмассивных черных дырах реализуется на характерных временах в месяцы и годы. Поскольку галактик во Вселенной сотни миллиардов, Вселенная должна быть заполнена стохастическим фоном длинноволнового гравитационного излучения от слияния сверхмассивных черных дыр. Этот фон должен присутствовать наряду с фоном длинных гравитационных волн, возникших на ранних стадиях формирования Вселенной, например в конце инфляционной стадии (характерный возраст Вселенной ~ 10