Schwarze Löcher sind spektakuläre Gebilde. So mysteriös ihr innerer Aufbau auch sein mag, so sind sie aus dem aktuellen Weltbild der Wissenschaft nicht wegzudenken. Indirekte Beobachtungen von Prozessen in nahen Umgebungen dieser Objekte und die Auswirkungen ihres Schwerefelds auf Materie stützen die theoretischen Überlegungen und sind bisher mit keinen alternativen Modellen zu erklären. Forscher kennen und unterscheiden aktuell zwei Klassen von Schwarzen Löchern: So genannte stellare Schwarze Löcher entstehen am Ende des Lebens von massereichen Sternen, wenn diese ihren Vorrat an nuklearem Brennstoff verbraucht haben und in sich zusammenfallen. Diese Sternleichen weisen Massen zwischen rund 3 und 100 Sonnenmassen auf und machen zum Beispiel als Röntgendoppelsterne auf sich aufmerksam. Der zweite Typ sind die extrem massereichen Schwarzen Löcher, die sich in den Zentren von Galaxien befinden. Ihre Massen übersteigen diejenige der Sonne um ein Millionenfaches. Die massereichsten erreichen sogar Massen von einigen Milliarden Sonnenmassen. Sie werden in Form von aktiven galaktischen Kernen beobachtet. Dabei wird während der Akkretion von Materie so viel Energie umgesetzt, dass sie zu den leuchtstärksten Objekten im Universum zählen.

Schwarze Löcher, die sich auf der Massenskala zwischen den stellaren und den extrem massereichen befinden, werden als mittelschwere oder auch intermediäre Löcher bezeichnet. Ihre Existenz ist bis heute nicht eindeutig geklärt, obwohl es mittlerweile einige Beobachtungen gibt, die für diese Klasse von Objekten sprechen. Ein solches Objekt ist auch M82 X-1. Es wurde 1999 mit Hilfe des Weltraumobservatoriums Chandra im Röntgenbereich entdeckt. M82 X-1 ist die hellste Röntgenquelle in der rund elf Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82 und galt bereits wegen früherer Beobachtungen als ein heißer Kandidat für ein Schwarzes Loch mittlerer Masse. Die bisherigen Massenabschätzungen waren allerdings sehr ungenau. Nun gelang es Forschern vom Astronomy Department der Universität von Maryland und vom NASA Goddard Space Flight Center, die Masse verhältnismäßig genau auf rund 415 Sonnenmassen zu bestimmen. Das wurde mit Hilfe von so genannten quasiperiodischen Oszillationen möglich. Das sind regelmäßig wiederkehrende Signale, die bei Neutronensternen und stellaren Schwarzen Löchern beobachtet werden. Oftmals treten sie paarweise in einer Resonanz auf, bei der die Signalfrequenzen der beiden Signale im Verhältnis 3:2 zueinander stehen.

Forscher vermuten, dass diese Signale durch Instabilitäten im Akkretionsstrom hervorgerufen werden. Strahlungszentren am Innenrand der heißen Akkretionsscheibe werden in ihrem Orbit gestört, was im Allgemeinen zu Variabilitäten in der Strahlungsintensität und insbesondere zu den beobachteten Resonanzen zwischen mehreren regelmäßigen Signalen führen kann. Da die Umlauffrequenz in den innersten Bereichen der Scheibe, die einen stabilen Orbit ermöglichen, und die Masse des Schwarzen Lochs miteinander in Verbindung stehen, kann sie zur Massenbestimmung verwendet werden. Bei stellaren Objekten liegen die beobachteten Frequenzen in Bereichen von mehreren hundert Hertz und nehmen mit steigender Masse ab.

Die Daten, in denen die 3:2-Resonanz bei Signalen mit den Frequenzen von rund 3,3 und 5,1 Hertz aufgespürt werden konnte und so die aktuelle Massenbestimmung von M82 X-1 ermöglichten, stammen von Untersuchungen mit dem inzwischen stillgelegten NASA-Röntgensatelliten RXTE. Zwischen 2004 und 2010 beobachtete dieser M82 X-1 rund 800-mal.