Als de massa van een compact object groter wordt dan ongeveer drie zonsmassa's, kunnen de neutronen de zwaartekracht niet meer compenseren (zoals bij neutronensterren wel het geval is). Er zijn dan geen krachten meer die de zwaartekracht compenseren en er ontstaat een zwart gat. Bij een zwart gat is de zwaartekracht zo sterk dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen.

Wat er binnen deze bol (horizon genoemd) gebeurt weten we niet en kunnen we waarschijnlijk ook niet te weten komen, tenzij we een indirecte manier vinden. Er kan namelijk geen licht (dus ook geen informatie) ontsnappen voorbij de ‘horizon’ van het zwarte gat. Als je zwarte gaten niet kunt zien, hoe weet je dan dat ze bestaan en hoe kun je ze vinden? Zwarte gaten zijn te vinden door hun enorme zwaartekracht die de ruimte vervormt. Zichtbare objecten in de buurt van een zwart gat kunnen de aanwezigheid van het zwarte gat verraden.

Een goed voorbeeld hiervan is een zwart gat dat samen met een 'normale' ster een dubbelster vormt. De zwaartekracht van het zwarte gat trekt gas weg van de buitenste lagen van de normale ster. Deze beweging van het gas kunnen we wél zien en hieruit is het zwarte gat af te leiden. Een bekende röntgendubbelster is Cygnus-X1, het eerste zwarte gat ooit waargenomen.

Zwarte gaten zitten niet alleen in dubbelsterren. Ook in de kern van een sterrenstelsel bevindt zich bijna altijd een groot zwart gat, met een massa van wel een paar miljoen keer de massa van de zon. Deze zwarte gaten zijn indirect ontdekt doordat de sterren die we zien nabij het centrum van het sterrenstelsel veel sneller bewegen dan wanneer er geen zwart gat in de buurt zou zijn. Hoe dit soort supermassieve zwarte gaten gevormd worden is nog niet duidelijk.

De jet die uit het centrum van M87 geblazen wordt door de accretie op het zwarte gat dat zich daar bevindt.