Wiemy, że w obecne we Wszechświecie, najcięższe czarne dziury wyrosły ze swoistych zalążków - mniejszych kosmicznych nasion. Nasiona te, odżywiane pochłanianym przez siebie gazem i pyłem lub łączące się z innymi gęstymi obiektami kosmicznymi, z czasem urosły, tworząc obserwowane dziś centra galaktyk takich jak Droga Mleczna. Ale w przeciwieństwie do roślin, zalążki tych olbrzymich czarnych dziur również musiały być kiedyś mniejszymi czarnymi dziurami. Problem w tym, że nikt jak dotąd nie znalazł jeszcze tych zalążków.
Istnieje hipoteza, zgodnie z którą supermasywne czarne dziury o masach rzędu setek tysięcy do miliardów mas Słońca wyrosły z populacji mniejszych czarnych dziur, których nigdy po prostu nie zaobserwowano. Ta nieuchwytna grupa, czyli tak zwane czarne dziury o masach pośrednich, składałaby się z obiektów o masach z zakresu 100 do 100 000 mas Słońca. Wśród setek znalezionych dotychczas czarnych dziur było mnóstwo ciał stosunkowo małych, ale naukowcom wciąż brakuje tych o typowo średnich masach.
Czarna dziura to niezwykle gęsty obiekt, z którego nie może wydostać się nawet światło. Gdy materia wpada do czarnej dziury, nie ma już dla niej drogi powrotnej. Im bardziej czarna dziura pochłania okoliczną materię, tym bardziej nabiera masy. Najmniejsze czarne dziury nazywane są gwiazdowymi i mają masy od 1 do 100 mas Słońca. Tworzą się, gdy gwiazdy eksplodują w gwałtownych procesach prowadzących do wybuchu supernowej.
Z kolei tak zwane supermasywne czarne dziury to centra dużych galaktyk. Słońce i wszystkie inne gwiazdy Drogi Mlecznej krążą wokół czarnej dziury o nazwie Saggitarius A*, która ma masę rzędu 4,1 miliona mas Słońca. Jeszcze cięższa czarna dziura - o masie 6,5 miliarda mas Słońca - znajduje się w środku galaktyki M87. Supermasywna czarna dziura w M87 to ta sama, która pojawiła się na słynnym obrazie pochodzącym z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, pokazującym po raz pierwszy czarną dziurę i jej „cień” rzucany na dysk akrecyjny w galaktyce. Ten cień jest efektem istnienia horyzontu zdarzeń, obszaru bez powrotu dla światła i materii wpadającej do wnętrza czarnej dziury. Supermasywne czarne dziury mają wokół siebie dyski zwane dyskami akrecyjnymi, złożone z niezwykle gorących, wysokoenergetycznych cząstek, które świecą jasno, gdy zbliżają się do horyzontu zdarzeń.To właśnie one sprawiają, że dyski te są jasne - pochłaniają one wciąż nową materię. Obszary takie nazywane są aktywnymi jądrami galaktycznymi.
Kluczem do tajemnicy pochodzenia czarnych dziur jest fizyczny limit ich wzrostu. Nawet supermasywne czarne dziury rezydujące w centrach galaktyk mają ograniczenia co do dalszego nabierania masy, ponieważ pewna ilość materiału dysku akrecyjnego jest odpychana przez promieniowanie wysokoenergetyczne pochodzące z gorących cząstek przyspieszanych w pobliżu horyzontu zdarzeń. Na przykład po pochłonięciu otaczającego ją materiału czarna dziura o niewielkiej masie początkowej może być w stanie podwoić swoją masę dopiero za 30 milionów lat. Jeśli więc zaczynamy od masy 50 mas Słońca, po prostu nie jest możliwe dalsze zwiększenie się masy takiej czarnej dziury do miliarda mas Słońca w ciągu zaledwie miliarda lat.
W początkach historii Wszechświata zalążek czarnej dziury o średniej masie mógł powstać albo z powodu kolapsu grawitacyjnego dużej, gęstej chmury gazu, albo w wyniku wybuchu supernowej. Pierwsze gwiazdy, które wybuchały we Wszechświecie, miały w swoich zewnętrznych warstwach czysty wodór i hel, a cięższe pierwiastki były skoncentrowane tylko w ich jądrach. Taki skład gwiazd stanowi przepis na znacznie masywniejszą czarną dziurę, niż mogłaby powstać dziś, w wyniki eksplozji współczesnych gwiazd, które są znacznie bardziej „zanieczyszczone” ciężkimi pierwiastkami, także w swych warstwach zewnętrznych, i tracą przez to większe ilości masy przez tzw. wiatry gwiazdowe.
Ale mimo to niektóre z uformowanych dawno, dawno temu pierwotnych czarnych dziur powinny wciąż istnieć. Gdzie zatem one są?
Łowcy czarnych dziur z niecierpliwością czekają na wystrzelenie kosmicznego teleskopu Jamesa Webba, który zajrzy w początki tworzenia się pierwszych galaktyk we Wszechświecie. Tym samym pomoże astronomom zrozumieć, co było pierwsze - galaktyki czy czarne dziury leżące w ich centrach - i jak takie czarne dziury mogły powstać. W połączeniu z obserwacjami rentgenowskimi dane te będą kluczowe dla zidentyfikowania części z najstarszych kandydatów na pośrednie czarne dziury.
Według najnowszej teorii Hawkinga oraz teorii zakładającej istnienie promieniowania Hawkinga, cząstki wracają na zewnątrz, niosąc ze sobą niektóre informacje z powrotem. Informacja na temat cząstek jest zwracana, ale w chaotycznej i bezużytecznej formie i w sensie praktycznym jest stracona. Hawking wyjaśnił, że zwrot informacji z czarnej dziury jest jak palenie encyklopedii: w sensie technicznym żadnych informacji się nie traci, jeśli utrzymamy wszystkie popioły w jednym miejscu, ale ciężko będzie z tych popiołów coś odczytać.
