1965年4月，美国海军研究实验室发射了一枚空蜂150观测火箭，火箭上配备了一对盖革计数器。在这次太空任务中，结果发现了7个可能的X射线源，包括X射线观测史上的第一个河外X射线源；这在室女座侦测到的第一个X射线源，即命名为处女座（Virgo X-1）。后来，又于1967年7月7日从白沙导弹靶场发射的空蜂150观测火箭，取得进一步证据显示，室女座X-1也是电波星系M87。随后的HEAO1和爱因斯坦卫星所执行的X射线观测则呈现出一个复杂的射线源，其中包括M87的活跃星系核。不过，中心的X射线辐射却不明显。

此星系的核心是超大质量黑洞（SMBH），其质量按不同估计法，从（3.5±0.8）×太阳质量，到（6.6±0.4）×太阳质量。在同类天体中，已知它是其中质量最大之一。有一电离气体旋转盘环绕黑洞，和相对论性喷流近乎垂直。旋转盘的运动速度达每秒1000公里，盘面宽0.12秒差距（0.39光年）。估计黑洞吸积气体的速率约等于每10年吞下一个太阳质量（也可换算而等于每天吃下91个地球质量）。

观测表示，M87黑洞可能与星系中心有大约25秒差距（82光年）的位移。位移是在单侧喷流的反方向，这可能表示黑洞受喷流作用而自中心向外加速运动。另一种会发生位移的可能来自两个超大质量黑洞合并。这些发现必须谨慎以对。因其研究尚不包括恒星和活跃星系核组成间的光谱差异。因此，有可能，星系中心和黑洞看起来的相对位置存有因对喷流本身光学闪焰误解的因素。 2011年对M87所做分析，并未发现有任何统计上达显著标准的位移。

像M87星系这样归类为活跃型椭圆星系的星系，一般认为其成因是一或多个较小星系之间的合并。这类星系到现阶段所剩余之尘埃量少，不足以形成弥漫星云并制造新恒星，其恒星族群的组成成员以较年老的第二星族恒星为主，主要是氢和氦，其他元素较少。外观上的椭圆形状由其恒星成员之随机轨道运动维持，相形之下，在像银河系这样的螺旋星系中所发现的轨道运动是比较规律而非随机。

在M87星系里的恒星际空间充斥着弥漫星际介质气体，是恒星演化至主序星晚期、寿命结束时所喷发富含化学元素的气体。其碳和氮元素由演化到渐近巨星分支之中等质量恒星源源供应，氧和铁等较重元素主要是由星系中的超新星爆炸产生，约占60%的重元素是由超新星核心塌缩产生，其余来自Ia型超新星爆发。因此，由这些元素的大致分布可知，一方面，M87早期的化学丰度是由超新星核心塌缩供应的，但论丰度则远低于银河系，另一方面，无论M87星系的早或近期，其星际介质持续是由 Ia型超新星爆发提供。

由远红外线波段观测显示M87星系在波长25微米以上波段，有过量辐射。一般而言这类辐射代表的是暖灰尘发出的热辐射。然而，在M87，这辐射似乎完全可以用喷流同步辐射来解释。在该星系中，因为星系核发出X射线辐射，估计硅颗粒并无法存活超过4千600万年。这类尘埃在恶劣环境下可能会被破坏，或从星系中被逐出境外。星系中尘埃总质量不超过70,000倍太阳质量，相较之下，银河系所含尘埃量大约是一亿倍（）太阳质量。

在距核心4000秒差距（1万3000光年）以内区域，金属丰度约为太阳一半左右（天文学家将除了氢和氦以外的元素皆称为金属元素），超过这个范围以外，金属丰度与相对于星系核心之距离稳定呈反比，越远丰度越低。虽然M87是归类为椭圆星系，因此，并没有螺旋星系的尘埃带，但M87观测中曾出现optical 丝状，丝状物质估计质量约1万倍太阳质量。星系外围环绕着向外延伸、高热、低密度，气体，像日冕状。

M87里有异常大量的球状星团。据2006年观测，距离星系核心25角分之区域内，估计有12,000±800个球状星团以规律轨道环绕M87星系 ，银河系的球状星团则只有150-200个，差异极大。这些星团的大小分布和银河系相似，多数有效半径为1〜6秒差距之间。M87里的星团大小随着距离核心越远而渐增。2014年首度观测发现到的超高速球状星团HVGC-1，就正在从M87星系逃逸出走。这项发现表示，在M87核心的是两个超大黑洞，而不是一个。这两个超大质量黑洞是源自于很久以前的两个星系之碰撞，结果二星系合并成单一巨大星系。

M87里的组成还包括超致密矮星系，它与球状星团类似，但直径在10秒差距（33光年）以上，这比球状星团最大不超过3秒差距（10光年）之上限大得多。还不清楚超致密矮星系的性质，是否为M87所捕获的矮星系，或是另一类新的巨大球状星团。M87有数以千计的球状星团，其中近百个是超致密矮星系。

据2006年的观测，距离核心25′处，估计有12,000± 800个球状星团环绕着M87。与银河系有150-200个环绕的球状星团相比，M87有着异常大量的球状星团成员（可能是已知有最多星团环绕的星系）。以球状星团数量分布推论估计在M87核心32,000秒差距范围内的质量约是2.6 ± 0.3 ×M☉。

M87被归类为有超大质量黑洞的星系。在2006年量测至距离核心25′处，估计有12,000± 800个球状星团环绕着M87。与银河系的150-200个比较，M87有着异常大量的球状星团成员（可能是已知有最多星团环绕的星系）。

相对论性喷流，自M87核心向外延伸至少达1,500秒差距（5,000光年），组成物是一个超大质量黑洞所喷发出来的物质。此喷流呈现高度准直性，在0.8秒差距（2.6光年）看来不超过60°，在 2秒差距（6.5光年）的距离时则不超过16°，在 12秒差距（39光年）距离时不超过6-7°。喷流的基底处直径大约5.5±0.4史瓦西半径。喷流能量可能来自一个以顺向盘旋于一个自旋黑洞的盘。

关于有没有证据显示它的反向喷流，这部分特征因为从地球角度看，受相对论性聚束效应影响，证据是看不到的。因为喷流旋进，导致其外流形成螺旋状，大约1.6秒差距（5.2光年）。从喷流朝外呈叶瓣型延展的两片物质分布范围，达77,000秒差距（25万光年）之远。德裔美籍天文学家沃尔特巴德发现喷流辐射的光是平面偏振，表明这是由在相对论速度下的加速电子于磁场中移动所产生的能量。这些电子的总能量输出估计为5.1×10尔格（或5.1×10焦耳或3.2×10电子伏特）。与之相较，整个银河系产出能量估计约为每秒5×10焦耳。

1999年哈伯太空望远镜拍摄之照片，测得M87喷流运动速度达光速4~6倍。据推测，这是因喷流的相对论速度引起的错觉，并不是真正的超光速运动。另一方面，侦测到这样的运动也支持了一种理论所说，其实类星体、蝎虎座BL型天体和电波星系等现象，（即所谓活跃星系核），三者可能全是同一种东西，只不过在不同角度下看到不同的特征。有学者曾提出假设，M87实际上或许可能是一个蝎虎座BL天体（其特征是宿主星系的亮度高，星系核亮度低，对比明显），只要由反方向角度观测它便会得到蝎虎座BL天体的属性。

钱德拉X射线天文台的观测显示M87辐射出热X-射线的气体圈和环，这些圈和环是渗入星系团和环绕着 M87的气体因压力波而引起的。压力波则是由超大质量黑洞喷流抛出物质的速率变化造成的。 圈的分布指出大约每600万年可能会发生一次小喷发，有一个环绕着黑洞，直径85,000光年的冲击波环是由一次主要的喷发所造成。其他被观察到的明显特征还有长达10万光年，散发出X-射线的 狭窄细丝，和在7000万年前爆发的热气体中的一个巨大空洞。规律的爆发使大量气体无法冷却并形成 恒星，这暗示M87的演化因而受到严重影响，使它不能成为巨大的螺旋星系。观测也暗示着那里有声波：较小的爆发所发出的声音比中央C低56个八度音，大型爆发则产生比中央C低58-59个八度音的声音。

M87也是强烈的伽玛射线源，伽玛射线是电磁波频谱中能量最高的，能量是可见光的百万倍。1990年后期就曾观测到M87发出伽玛射线，到2006年使用HESS契伦可夫望远镜观测已测量到来自M87的伽玛射线呈现如潮汐般起伏变化，周期约每几天就发生一次。因周期短，伽玛射线源为何的矛头因而指向了M87星系中心超大质量黑洞之邻近区域。

一般来说，辐射源直径越小亮度变化越快。反之亦然。

喷流上有一名为HST-1的物质结，哈伯太空望远镜和钱德拉X射线天文台一直持续在追踪关注，这个结距离星系核心约65秒差距（210光年），2006年时，这个HST-1结的X射线强度，曾在4年间暴增50倍，随后呈变异式衰减。

在1918年，利克天文台的天文学家希伯·柯蒂斯首度发现来自M87的物质喷流，被描述为“古怪的直线光束”。这道由黑洞造成的喷流自M87核心向外延伸至少5,000光年，事实上，精确而言，喷流的来源位置是围绕着M87核心快速旋转的气体盘（吸积盘）。在1994年时，天文学家认为M87星系核心的超大质量黑洞大约30亿个太阳质量(3×M☉)。

2009年，美国天文物理学家卡尔·盖哈特（Karl Gebhardt）与德国科学家延斯·托马斯（Jens Thomas）在美国加州帕萨迪纳的“美国天文学会”（American Astronomical Society）会议发表：位于M87星系（Messier 87 Galaxy）中心的黑洞质量是64亿个太阳质量（6.4×M☉），两学者之发现系借助德州大学“德州先进运算中心”，大量模拟计算恒星轨道数据库而得。

2011年，盖哈特等天文学家使用夏威夷毛纳基峰上的双子星天文台观测资料，计算得知M87中心黑洞质量为66亿太阳质量，这使M87中心黑洞成为当时所知的质量最大黑洞，也成为数十年内人类可望真正“看到”黑洞的头号最佳人选。

M87中心黑洞是已知质量最大黑洞之一，因其与地球距离为5千万光年，相对较近，也是数十年内人类可望真正看到黑洞的优良观测对象。迄今，天文学家一直不断努力于取得黑洞存在之直接证据，如果透过特长基线干涉法在次毫米波段相连遍布世界三大洲许多天文望远镜成一巨大望远镜，黑洞的事件视界成像力将提升不少，藉环绕M87中心黑洞周围的一圈明亮气体盘为底色映衬，望远镜可望拍下黑洞之事件视界完全不发光的阴影（黑洞存在的直接证据）。

北京时间2019年4月10日晚9时许，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布了黑洞“真容”。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

由中国科学院上海天文台路如森研究员领衔的17个国家和地区共64家研究单位的121位科研人员组成的国际研究团队，利用3.5毫米波段开展的新观测，首次对M87中心黑洞阴影以及其周围吸积落入中央黑洞的物质的环状结构和强大的相对论性喷流一同进行了成像。北京时间4月26日，这一成果发表在国际顶级学术期刊《自然》杂志上。在中国科学院上海天文台召开新闻发布会上，论文的第一作者路如森介绍，此次观测结果由全球毫米波甚长基线干涉测量阵列联合阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列和格陵兰望远镜获得。“该图像首次表明了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源之间的联系”。

中国科学院上海天文台提供的M87中心黑洞照片

M87中心黑洞距离地球仅5500万光年，质量相当于65亿个太阳。“M87星系有着明亮的长达5000光年的喷流，而M87中心黑洞正是喷流的源头。