A fekete lyukak asztrofizikai szempontból kulcsfontosságú szerepet töltenek be a galaxisok, csillagok és más égitestek formálódása és léte során. Jelenleg két típusukat ismerjük ezeknek a sok szempontból rejtélyes objektumoknak: az ismert csillagtömegű fekete lyukak tömege néhány naptömegtől több tucatig terjed, míg a szupernehéz fekete lyukak tömege 100 ezer naptömegtől indul. Ezek akár több milliárdszor is nehezebbek lehetnek csillagunknál, és jellemzően galaxisok közepén foglalnak helyet, így az egész csillagrendszer minden más összetevője körülöttük kering.
A két méret között elég nagy rés található, amely kapcsán a csillagászok úgy gondolják, hogy valószínűleg létezhetnek úgynevezett közepes méretű fekete lyukak is, amelyek tömege 100 és 100 ezer naptömeg közé esik. A gond az, hogy ezek létére egyelőre nagyon kevés a tényleges bizonyíték, mostanáig mindössze pár közepes méretű jelöltet sikerült találni. Az egyik helyszín, ahol a feltevések szerint ilyen égitestek előfordulhatnak, a gömbhalmazok közepe. A gömbhalmazok több százezer csillagból álló, nagyjából gömböt formáló képződmények, amelyeket a gravitáció tart össze, de a galaxisoknál sokkal kisebbek. Általában csak pár fényév átmérőjűek, de bennük elég sűrűn helyezkednek el a csillagok.
Utóbbi érdekes következményekkel jár, például azzal, hogy a nehezebb csillagok idővel hajlamosak a halmaz közepén kikötni. Ami a teóriák szerint együtt jár a közepes méretű fekete lyukak keletkezésével, hiszen a középre igyekvő csillagok közül idővel lesznek olyanok, amelyek összeütköznek, és pár ilyen ütközés nyomán egy tisztességes tömegű fekete lyuk jöhet létre. Amely aztán persze újabb csillagokat és kisebb fekete lyukakat gyűjt magába, míg létrejön egy központi közepes fekete lyuk.
A másik opció, hogy az ütközések nyomán formálódó nehéz objektumok, csillagtömegű fekete lyukak, neutroncsillagok és fehér törpék nem, vagy nem azonnal egyesülnek, hanem a gömbhalmaz közepén ezek egész csoportja gyűlik össze, sokkal nagyobb teret foglalva el, mint amit egyetlen közepes méretű fekete lyuk kitöltene. Hogy a két lehetőség közül a valóságban melyik fordul elő (esetleg mindkettő megesik), azt meglehetősen nehéz vizsgálni. Egy konkrét gömbhalmaz kapcsán erre lehetséges módszer lehet a csillagok pályájának vizsgálata, hiszen ha ezek egyetlen nagy központi tömeg körül keringenek, a pályák kicsit mások lesznek, mint amikor sok kisebb tömeg van a centrumban.
Az ennek megállapításához szükséges pontos mérések elvégzésére ugyanakkor egészen a közelmúltig nem voltak adottak a technikai feltételek. Ez viszont mostanra megváltozott, és egy csillagászcsoport ilyen szempontból vizsgálta meg az NGC 6397 gömbhalmazt, amely 7800 fényévre van tőlünk. A halmazt a Hubble és a Gaia űrtávcsövekkel, valamint a VLT teleszkóppal vizsgálták, pontosan nyomon követve egy sor kiválasztott csillag mozgását.
Ezt követően számítógépen modellezték, hogyan kellene mozogniuk a csillagoknak, ha egy közepes méretű fekete lyuk lenne középen, és hogyan, ha kisebb objektumok diffúz tömege foglalná el a centrumot. A vizsgálatok alapján két dolog lehetséges. Az egyik, hogy a centrumban van egy 500–650 naptömegű, közepes méretű fekete lyuk – ez azonban kevéssé valószínű, mivel a modellek szerint az összeolvadások során felszabaduló energiák minden 1000 naptömegnél kisebb objektumot régen kihajítottak volna a rendszerből.
A másik opció, és ez a valószínűbb, mind a modellek, mind az ezek észlelési adatokkal való összevetése alapján, hogy a gömbhalmaz teljes tömegének 1–2%-a, vagyis 1000–2000 naptömeg kisebb objektumok formájában alkotja a centrumot. A halmaz ezen központi része nagyjából fél fényév átmérőjű. Ez elég nagy sűrűséget jelent, ha azt nézzük, hogy a hozzánk legközelebbi csillag, az Alfa Centauri hármascsillaga 4,37 fényévre van.
A halmaz középső részén valószínűleg nagyrészt csillagtömegű fekete lyukak vannak, nagyjából 20 százaléknyi neutroncsillaggal, illetve fehér törpével kiegészítve. Az NGC 6397 közepén tehát valószínűleg egy méretes csillagtemető található. Hogy a többi gömbhalmaz esetében is hasonló-e a helyzet, annak megállapításához további vizsgálatokra lesz szükség. Ami pedig a közepes méretű fekete lyukakat illeti, ezek rejtélyére a jelek szerint továbbra sincs megoldás: a szakértők szerint ilyeneknek létezniük kellene, eddig mégse sikerült megtalálni ezeket, és úgy tűnik, az NGC 6397-ben sincs ilyen.
