黑洞是广义相对论预言的一种极端天体，它是质量极大的天体在自身引力作用下坍缩形成的。其核心区域的引力极强，使得即使是宇宙中速度最快的光也无法逃脱它的引力束缚，这也是 “黑洞” 得名的原因 —— 它不会发光，也不会反射光，如同宇宙中的 “无底洞”。从物理学角度来看，黑洞具有三个关键特性：质量、电荷和角动量。根据这三个特性，黑洞可分为不同类型。比如，不旋转且不带电荷的黑洞被称为史瓦西黑洞，以首次推导出其解的物理学家卡尔・史瓦西命名；而旋转的黑洞则被称为克尔黑洞。黑洞的边界被称为事件视界，这是一个虚拟的球面。一旦物质或辐射越过事件视界，就再也无法回到外部宇宙。在事件视界内，物质会被极度压缩，形成一个密度无限大、体积无限小的奇点，这是广义相对论和量子力学理论尚未完全融合的区域，也是现代物理学研究的重要课题之一。
人类探测黑洞的方法有很多种如：
（一）恒星动力学方法
通过观测恒星在星系中的运动状态来推断黑洞的存在。在星系中心，如果存在一个大质量黑洞，周围的恒星会在其强大引力作用下以较高的速度绕其运动。天文学家通过测量这些恒星的轨道参数、运动速度等，运用万有引力定律可以计算出中心天体的质量。当计算出的质量超过一定阈值（通常认为大于 3 倍太阳质量），且无法用可见天体解释时，就可能存在黑洞。例如，银河系中心的超大质量黑洞人马座 A*，就是通过对其周围恒星运动的长期观测和分析发现的。
（二）微引力透镜效应
根据爱因斯坦的广义相对论，引力会使时空弯曲，当光线经过大质量天体附近时，传播路径会发生偏折，这种现象被称为引力透镜效应。如果一个黑洞作为前景天体经过背景光源前方，黑洞的引力会使背景光源的光线发生弯曲，形成多个像或使光源的亮度增强。通过观测这种特殊的光线偏折现象，天文学家可以推断出前景天体是否为黑洞。
（三）X 射线双星系统
当黑洞与一颗普通恒星组成双星系统时，黑洞会不断吸引恒星的物质。这些物质在向黑洞坠落的过程中，会形成一个吸积盘。吸积盘中的物质由于高速旋转和相互碰撞摩擦，会产生极高的温度，从而释放出强烈的 X 射线。通过 X 射线望远镜观测到这种强烈的 X 射线辐射，并且结合对双星系统的轨道分析，确定其中一个天体不可见且质量超过一定限度时，就可以判断其为黑洞。例如，天鹅座 X-1 就是通过这种方法被确认为首个黑洞候选体。
（四）引力波探测
两个黑洞合并时会释放出强大的引力波，这种时空涟漪会以光速向四周传播。2015 年，LIGO（激光干涉引力波天文台）首次直接探测到了双黑洞合并产生的引力波，这一发现为黑洞的存在提供了确凿证据，也开启了引力波天文学的新时代。通过对引力波信号的分析，天文学家可以了解黑洞的质量、自旋等信息。
（五）活动星系核（AGN）探测法
活动星系核（AGN）是星系中心的一个极度明亮且活动剧烈的区域，其巨大的能量输出被认为是由中心的超大质量黑洞吸积周围物质所产生。当发现一颗全新的 AGN 时，虽然不能直接等同于发现了黑洞，但由于 AGN 的能量机制与超大质量黑洞的吸积过程紧密相关，所以发现 AGN 是间接提示该星系中心可能存在黑洞的重要线索，这属于发现黑洞的间接方法。天文学家通过观测 AGN 发出的强烈电磁辐射（从无线电波到伽马射线）、物质喷流等特征，结合理论模型，可以推断出中心黑洞的存在、质量和自旋等属性。
（六）吸积盘辐射观测法
黑洞在吸积周围物质形成吸积盘的过程中，除了产生 X 射线外，还会因为吸积盘不同区域的温度差异而辐射出其他波段的电磁波，如紫外线、可见光等。通过对这些不同波段辐射的观测和分析，能够了解吸积盘的结构、物质运动状态等信息，进而间接推断黑洞的存在和性质。例如，吸积盘的辐射强度、频谱特征等都与中心黑洞的引力场强弱、质量大小等密切相关。
（七） TDE 潮汐瓦解事件
当一颗恒星过于靠近黑洞时，会被黑洞强大的潮汐力撕裂，形成潮汐瓦解事件（TDE）。在这个过程中，被撕裂的恒星物质会一部分被黑洞吞噬，另一部分则会被抛射出去，同时释放出强烈的电磁辐射。通过观测这种特殊的潮汐瓦解事件及其辐射特征，天文学家可以推断出黑洞的存在，并估算黑洞的质量等参数。这类事件是发现孤立黑洞或位于较暗星系中心黑洞的有效间接方法。
（八）球状星团动力学建模
球状星团是由成千上万甚至几十万颗恒星组成的密集星团，其内部引力相互作用复杂。通过对球状星团内恒星的运动轨迹、速度分布等进行动力学建模和分析，有可能发现其中隐藏的黑洞。在球状星团中，黑洞的引力会对周围恒星的运动产生影响，导致恒星的速度分布出现异常。天文学家利用计算机模拟球状星团的动力学演化过程，并将模拟结果与观测到的恒星运动数据进行对比。如果观测数据与包含一定数量黑洞的模型拟合度更高，就可以推断该球状星团中存在黑洞。例如，在银河系内的一些球状星团中，通过这种方法发现了中等质量黑洞的候选体，为研究黑洞的形成和演化提供了新的视角。
根据我自身经验，对天文爱好者来说，可以通过微引力透镜现象发现黑洞，也可以通过发现特定类型 X 射线双星、AGN 活动星系核、TDE 潮汐瓦解事件等间接为发现黑洞提供线索。我和团队曾通过发现 X 射线双星、AGN 活动星系核、TDE 潮汐瓦解事件实现了发现黑洞的目标。
微引力透镜法发现黑洞案例
业余爱好者可以参与的天文公众项目
zooniverse旗下的SuperWASP: Black Hole Hunters：https://www.zooniverse.org/projects/hughdickinson/superwasp-black-hole-hunters/about/research
