หลุมดำมีสองประเภทใหญ่
ๆ
ประเภทแรกมีมวลอยู่ในระดับดาวฤกษ์
อาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ไม่กี่เท่า
อีกประเภทคือ
หลุมดำยักษ์ มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นล้านเท่าหรืออาจมากถึงเป็นพันล้านเท่า
เป็นสองประเภทที่มวลแตกต่างกันอย่างสุดขั้ว
นักดาราศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำยักษ์มีต้นกำเนิดเป็นหลุมดำมวลดาวฤกษ์
ที่พอกพูนสะสมมวลมากขึ้นเรื่อย
ๆ
จนเติบโตเป็นหลุมดำยักษ์
หากทฤษฎีนี้เป็นจริง
ก็ควรจะมีหลุมดำที่มีมวลระหว่าง
100-10,000
เท่าของดวงอาทิตย์
ซึ่งเป็นมวลก้ำกึ่งระหว่างหลุมดำมวลดาวฤกษ์กับหลุมดำยักษ์
แต่จนถึงปัจจุบันยังไม่เคยมีการพบหลุมดำรุ่นกลางจริง
ๆ
เลย
บูเลนต์ คิซิลตัน จากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาวาร์ด-สมิทโซเนียนอาจพบหลุมดำเช่นว่านี้แล้วจริง
ๆ
เป็นหลุมดำอยู่กลางกระจุกดาว
47 นกทูแคน (47 Tucanae)
กระจุกดาว
47
นกทูแคน
เป็น
กระจุกดาวทรงกลม อยู่ห่างจากโลก
13,000
ถึง
16,000
ปีแสงในทิศทางของกลุ่มดาวนกทูแคน
เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์จำนวนหลายแสนดวงเกาะกันอยู่ภายในทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง
120
ปีแสง
การตรวจหาหลุมดำไม่ใช่เรื่องง่าย
เนื่องจากหลุมดำไม่เปล่งแสงใด
ๆ
ออกมา
นักดาราศาสตร์จึงค้นหาหลุมดำจากการค้นหาจากรังสีเอกซ์ที่แผ่ออกมาจากแก๊สร้อนบริเวณรอบที่กำลังไหลวนเข้าสู่หลุมดำ
แต่วิธีนี้จะได้ผลเฉพาะกับหลุมดำที่มีแหล่งแก๊สอยู่ใกล้
ๆ
แต่ในกระจุกดาว
47
นกทูแคนแทบไม่มีแก๊สระหว่างดาวเลย
หากมีหลุมดำในกระจุกดาวนี้
ก็จะเป็นหลุมดำอดอยากเพราะไม่มีแก๊สให้กลืนกิน
การตรวจหาหลุมดำในกระจุกดาวนี้จึงยากมาก
ตัวอย่างของหลุมดำอดอยากอีกแห่งหนึ่งก็คือ
หลุมดำยักษ์กลางดาราจักรทางช้างเผือกของเรา
นักดาราศาสตร์พบหลุมดำยักษ์กลางดาราจักรอื่นมาแล้วมากมาย
แต่ในดาราจักรทางช้างเผือกบ้านของตัวเองกลับหาไม่พบมาเป็นเวลานาน
ทั้งนี้เนื่องจากใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกไม่มีแก๊สมากพอให้หลุมดำกลืนจนแผ่รังสีออกมาให้สังเกตได้
กว่าจะพิสูจน์ได้ว่ากลางดาราจักรทางช้างเผือกมีหลุมดำยักษ์จริงก็ต้องใช้วิธีอื่น
นั่นคือการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงแล้วนำมาใช้คำนวณหามวลจากวัตถุที่มองไม่เห็นที่ส่งแรงโน้มถ่วงดึงดูดดาวเหล่านั้นอยู่
แต่สำหรับกระจุกดาว
47
นกทูแคนซึ่งมีดาวฤกษ์บริเวณใจกลางแออัดมาก
การวัดความเร็วของดาวฤกษ์แต่ละดวงในกระจุกจึงทำไม่ได้
งานวิจัยของคิซิลตันได้อาศัยหลักฐานที่มาจากวิธีที่แตกต่างไปโดยสิ้นเชิง
หลักฐานแรกคือ
จากการเคลื่อนที่โดยรวมของดาวฤกษ์ทั้งกระจุก
สภาพแวดล้อมภายในกระจุกดาวทรงกลมหนาแน่นมากจนดาวฤกษ์ดวงที่หนักมีแนวโน้มจะจมลงสู่ใจกลาง
หากภายในกระจุกดาวมีหลุมดำ
หลุมดำจะทำหน้าที่เหมือนไม้คนที่คอยกวนให้ดาวเหล่านั้นเคลื่อนที่เร็วขึ้นและแกว่งกระเด็นออกมาไกลขึ้น
การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาวในกระจุกจะบอกได้ว่ามีหลุมดำ
ด้วยการสร้างแบบจำลองกระจุกดาวด้วยคอมพิวเตอร์แล้วเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่จริงของดาว
พบว่าในกระจุกดาวจะต้องมีหลุมดำจึงจะทำให้ดาวต่าง
ๆ
ของ
47
นกทูแคนมีการเคลื่อนที่เป็นไปตามที่ปรากฏได้
อีกหลักฐานหนึ่งมาจากการพบว่ามีพัลซาร์หนึ่งในกระจุกดาวถูกเหวี่ยงออกมาไกลจากใจกลางกระจุกมาก
ซึ่งจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีหลุมดำอยู่ที่ใจกลางเท่านั้น
นักดาราศาสตร์คำนวณว่าหลุมดำในกระจุกดาว
47
นกทูแคนนี้
มีมวล
2,200
เท่าของดวงอาทิตย์
นักดาราศาสตร์คาดว่า
กระจุกดาวทรงกลมอื่นก็อาจมีหลุมดำอยู่ที่ใจกลางเช่นเดียวกัน
และด้วยเงื่อนไขเช่นเดียวกับกระจุกดาว
47
นกทูแคน
การค้นหาหลุมดำในกระจุกดาวทรงกลมอื่นก็คงต้องใช้วิธีคล้ายกับที่ใช้กับการค้นพบครั้งนี้