Gần như tất cả các thiên hà được cho là chứa các lỗ đen siêu lớn ở lõi của chúng có khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời của Trái đất . Vào năm 2011, các nhà khoa học đã phát hiện ra những lỗ đen lớn nhất được biết đến trong hai thiên hà gần đó. Một trong những thiên hà này, được gọi là NGC 3842 - thiên hà sáng nhất trong cụm Leo cách chúng ta gần 320 triệu năm ánh sáng - có một lỗ đen trung tâm chứa 9,7 tỷ khối lượng Mặt Trời.

Thiên hà còn lại, NGC 4889, thiên hà sáng nhất trong cụm Coma cách xa hơn 335 triệu năm ánh sáng, có một lỗ đen có khối lượng tương đương hoặc lớn hơn. Phạm vi hấp dẫn, hay "chân trời sự kiện", của những lỗ đen này bằng khoảng năm lần khoảng cách từ mặt trời đến sao Diêm Vương. Để so sánh, những lỗ đen này lớn gấp 2.500 lần lỗ đen ở trung tâm của Dải Ngân hà, có đường chân trời sự kiện bằng 1/5 quỹ đạo của Sao Thủy.

Các nhà nghiên cứu không thể quan sát trực tiếp lỗ đen, nhưng họ đo sự lên xuống của ánh sáng tia X đến từ một hệ sao đôi trong thiên hà Milky Way của chúng ta mà họ cho rằng báo hiệu sự hiện diện của một lỗ đen. Tàu vũ trụ Rossi X-ray Timing Explorer của NASA đã đo nhịp tim tia X này trong một hệ sao theo hướng của chòm sao Scorpius, ở khoảng cách từ 16.000 đến 65.000 năm ánh sáng (một năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng di chuyển trong một năm, khoảng 6 nghìn tỷ dặm (10 nghìn tỷ km).

Hố đen nhỏ nhất được phát hiện cho đến nay có thể nhỏ hơn ba lần khối lượng mặt trời của chúng ta. Các nhà nghiên cứu cho rằng hệ thống này có tên gọi chính thức là IGR J17091-3624, bao gồm một ngôi sao bình thường với một lỗ đen đồng hành, gần giới hạn lý thuyết tối thiểu cần thiết để một lỗ đen ổn định. Dù rất nhỏ nhưng lỗ đen này trông rất dữ dội, có khả năng tạo ra sức gió 20 triệu dặm / giờ (32 triệu km / giờ) - tốc độ nhanh nhất được quan sát thấy từ một lỗ đen có khối lượng sao gấp gần 10 lần.

Các lỗ đen nuốt chửng bất cứ thứ gì không may mắn trôi quá gần, bao gồm cả các lỗ đen khác. Các nhà khoa học gần đây đã phát hiện ra lỗ đen khổng lồ ở trung tâm của một thiên hà đang bị một lỗ đen lớn hơn ở một thiên hà khác tiêu thụ. Khám phá là lần đầu tiên của loại hình này. Các nhà thiên văn học đã chứng kiến những giai đoạn cuối cùng của quá trình hợp nhất các thiên hà có khối lượng bằng nhau - cái gọi là sự hợp nhất lớn.

Tuy nhiên, những sự hợp nhất nhỏ giữa các thiên hà và những người bạn đồng hành nhỏ hơn đã khiến các nhà nghiên cứu lẩn tránh từ lâu. Sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA, các nhà điều tra đã phát hiện ra hai lỗ đen ở trung tâm của thiên hà có tên NGC 3393, với một lỗ đen có khối lượng gấp khoảng 30 triệu lần mặt trời và lỗ kia có khối lượng ít nhất 1 triệu lần mặt trời, được tách ra, cách nhau chỉ khoảng 490 năm ánh sáng.

Các lỗ đen được biết đến là nơi hút vật chất, nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng chúng cũng có thể bắn ra ngoài. Các quan sát về một lỗ đen được gọi là H1743-322 , chứa khối lượng gấp 5 đến 10 lần mặt trời và nằm cách Trái đất khoảng 28.000 năm ánh sáng, cho thấy nó dường như đã kéo vật chất ra khỏi một ngôi sao đồng hành, sau đó nhổ một phần của nó ra ngoài như "viên đạn" khí khổng lồ di chuyển với tốc độ gần một phần tư tốc độ ánh sáng.

Các nhà thiên văn học đã ghi lại được khoảnh khắc một lỗ đen phóng "viên đạn" khí siêu nhanh vào không gian với tốc độ bằng 1/4 tốc độ ánh sáng. Hố đen đã bắn ra các viên đạn khí vào tháng 6 năm 2009, và vệ tinh Rossi X-ray Timing Explorer của NASA và kính viễn vọng vô tuyến Very Long Baseline Array trên mặt đất có thể xem bộ phim đang diễn ra. Hệ thống này bao gồm một ngôi sao bình thường và một lỗ đen, cả hai đều không xác định được khối lượng. Khi vật chất này xoáy vào trong, nó bị nén và nóng lên hàng chục triệu độ, nóng đến mức phát ra tia X.

Mặc dù lực hấp dẫn của các lỗ đen rất mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, nhưng chúng cũng tạo nên trái tim của các chuẩn tinh, những vật thể sáng nhất, mạnh nhất và năng lượng nhất trong vũ trụ. Khi các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của các thiên hà hút khí và bụi xung quanh, chúng có thể phun ra một lượng năng lượng khổng lồ.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra lõi năng lượng của một thiên hà xa xôi phá vỡ kỷ lục về vật thể sáng nhất trong vũ trụ sơ khai, rực rỡ với ánh sáng tương đương 600 nghìn tỷ mặt trời. Chuẩn tinh sáng nhất được xác định cho đến nay là J043947.08 + 163415.7, nằm cách Trái đất khoảng 12,8 tỷ năm ánh sáng. Chuẩn tinh cách chúng ta 12,8 tỷ năm ánh sáng, và nó tỏa sáng ở trung tâm của một thiên hà đang hình thành trong giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ được gọi là kỷ nguyên tái ion hóa, khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu đốt cháy một làn khói hydro trung tính xuyên qua vũ trụ.

Một nghiên cứu mới cho thấy các nhà thiên văn đã phát hiện ra lỗ đen siêu lớn nhất từng được tìm thấy - một khối khổng lồ lớn gấp 800 triệu lần khối lượng của mặt trời khi vũ trụ chỉ bằng 5% so với tuổi hiện tại. Hố đen khổng lồ mới được phát hiện này, hình thành chỉ 690 triệu năm sau Vụ nổ lớn, một ngày nào đó có thể giúp làm sáng tỏ một số bí ẩn vũ trụ, chẳng hạn như cách các hố đen có thể đạt đến kích thước khổng lồ nhanh chóng sau Vụ nổ lớn và cách vũ trụ có được các nhà nghiên cứu cho biết trong nghiên cứu mới đã xóa tan lớp sương mù âm u từng bao phủ toàn bộ vũ trụ.

Hố đen lâu đời nhất được tìm thấy có tên gọi chính thức là ULAS J1342 + 0928. Các lỗ đen siêu lớn với khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần mặt trời được cho là ẩn náu ở tâm của hầu hết, nếu không phải là tất cả, các thiên hà. (Các nhà khoa học cho rằng Vụ nổ lớn xảy ra khoảng 13,7 tỷ năm trước.) Tuổi cổ đại của lỗ đen này thực sự đặt ra một số vấn đề cho các nhà thiên văn học. Bí ẩn rực rỡ này dường như có khối lượng gấp 1 tỷ lần mặt trời. Khó có thể giải thích được tại sao các lỗ đen lại trở nên khổng lồ như vậy ngay sau vụ nổ Big Bang.

Một nghiên cứu mới cho thấy các nhà thiên văn có thể đã lần đầu tiên phát hiện và đo được khối lượng của một lỗ đen có khối lượng sao cô lập. Nghiên cứu trước đây cho rằng khi các ngôi sao khổng lồ hơn 20 lần khối lượng đạt đến giai đoạn cuối của cuộc đời, chúng thường chết trong các vụ nổ thảm khốc được gọi là siêu tân tinh , và lõi dày đặc của chúng dự kiến sẽ sụp đổ để trở thành lỗ đen. Cho đến nay, tất cả các lỗ đen có khối lượng sao được phát hiện cho đến nay đều tồn tại trong các hệ nhị phân với các đối tác như sao neutron.

Ngược lại, phần lớn các lỗ đen có khối lượng sao của Dải Ngân hà phải là các hạt đơn. Khi các thiên hà va chạm, các lỗ đen có thể bị đá ra khỏi vị trí xảy ra vụ va chạm để đi lang thang tự do trong không gian. Hố đen giả mạo đầu tiên được biết đến, SDSSJ0927 + 2943, có thể có khối lượng xấp xỉ 600 triệu lần khối lượng của mặt trời và lao xuyên qua không gian với vận tốc khổng lồ 5,9 triệu dặm / giờ (9,5 triệu km / giờ). Hàng trăm lỗ đen giả mạo có thể đi lang thang trong Dải Ngân hà.

Từ lâu, các nhà khoa học đã nghĩ rằng lỗ đen có ba kích cỡ - về cơ bản là nhỏ, trung bình và lớn. Các lỗ đen tương đối nhỏ có khối lượng bằng một vài mặt trời là phổ biến, trong khi các lỗ đen siêu lớn có khối lượng hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời được cho là ẩn náu ở trung tâm của gần như mọi thiên hà. Ví dụ, một khối lượng lớn hơn bốn triệu mặt trời, được cho là ẩn náu ở trung tâm của Dải Ngân hà.

Tuy nhiên, các lỗ đen có khối lượng trung bình đã lẩn tránh các nhà thiên văn học trong nhiều năm, cho đến năm 2009. Đó là khi các nhà khoa học phát hiện ra một trong những lỗ đen khối lượng trung bình đầu tiên, được gọi là HLX-1 (Nguồn tia X siêu sáng 1), xấp xỉ 290 triệu ánh sáng- năm từ Trái đất. Vật thể bí ẩn có kích thước khoảng 20.000 lần khối lượng Mặt trời. Các lỗ đen kích thước trung bình được cho là cơ sở xây dựng của các lỗ đen siêu lớn, vì vậy hiểu thêm về chúng có thể làm sáng tỏ cách những con quái vật này và các thiên hà xung quanh chúng tiến hóa.

Vật khổng lồ vũ trụ ở trung tâm của hệ Cygnus X-1 có khối lượng lớn hơn 50% so với suy nghĩ trước đây, khiến nó trở thành lỗ đen có khối lượng sao nặng nhất từng được quan sát trực tiếp. Dựa trên những quan sát mới, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế ước tính lỗ đen có khối lượng gấp 21 lần mặt trời của chúng ta và quay nhanh hơn bất kỳ lỗ đen nào khác từng được biết đến.

Các lỗ đen có thể quay vòng không gian xung quanh chúng với tốc độ phi thường. Một lỗ đen có tên GRS 1915 + 105, trong chòm sao Aquila (Đại bàng) cách Trái đất khoảng 35.000 năm ánh sáng, đang quay hơn 950 lần mỗi giây. Một vật thể được đặt ở rìa chân trời sự kiện của lỗ đen - rìa quá khứ mà không gì có thể thoát ra - sẽ quay xung quanh nó với tốc độ hơn 333 triệu dặm / giờ (536 triệu km / giờ), hoặc bằng khoảng một nửa tốc độ ánh sáng.

Lần đầu tiên, bằng cách sử dụng mô hình lỗ đen bẫy âm thanh thay vì ánh sáng, các nhà khoa học đã nhìn thấy bằng chứng tự phát về những gì phát ra từ chúng. Những hạt này rất ít và mờ nhạt đến mức không khả thi để quan sát chúng đối với một lỗ đen vật lý thiên văn. Kỹ sư Jeff Steinhauer tại Viện Công nghệ Technion – Israel đã tạo ra một phiên bản mặt bàn của một lỗ đen hút âm thanh thay vì ánh sáng. Sử dụng điều này, Jeff Steinhauer là người đầu tiên nhìn thấy bằng chứng về các hạt thoát ra khỏi một lỗ đen, được gọi là bức xạ Hawking.

Tabletop nằm khá xa so với Trái đất, nhưng khoảng cách này khiến việc thu thập manh mối có thể giúp giải đáp nhiều bí ẩn xung quanh chúng trở nên khó khăn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đang tái tạo các đặc tính bí ẩn của lỗ đen trên mặt bàn .Ví dụ, lỗ đen sở hữu lực hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra sau khi rơi qua biên giới được gọi là chân trời sự kiện. Các nhà khoa học đã tạo ra một chân trời sự kiện nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Họ cũng đã tái tạo cái gọi là bức xạ Hawking được cho là thoát ra khỏi lỗ đen.