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  當物質從黑洞的伴星轉移至黑洞時,在聯星系統中的黑洞是可以觀測到的。掉落至緻密伴星的質量釋放出的能量是如此的巨大,使物質的溫度升高至數億度的高溫並輻射出X射線;因此可以用X射線觀察黑洞,而伴星可以用光學望遠鏡觀察。從黑洞和中子星釋放出來的能量有相同的數量級,使黑洞和中子星經常難以區分。  但是,中子星還有其他的特性。它們顯示出微差自轉,並且有磁場和呈現區域性的爆炸現象(熱核爆炸)。每當這些特性被觀測到,就可以判斷密接聯星的伴星是中子星。  推匯出的質量來自對緻密X射線源的觀測(結合X射線和可見光的資料),所有被辨認出為中子星的質量都在3-5倍的太陽質量,緻密伴星的質量在5倍太陽質量以上的系統都未顯露出中子星的特徵。結合這些事實,緻密伴星的質量在5倍太陽質量以上的越來越可能是黑洞。  值得注意的是,黑洞存在的證據不僅是從地球上觀測到的,也來自理論:在如此的聯星系統中,除了黑洞之外,沒有任何天體可以做為這個緻密伴星的天體。如果能直接觀察到一個微粒(或一個氣泡)墜落進入黑洞的軌道,就可以直接證明黑洞的存在。

  我們的銀河系內有一些恆星質量黑洞的候選者(BHCs),它們比銀河中心區的大質量黑洞更靠近我們。這些候選者都是X射線聯星系統,緻密伴星經由吸積盤從它的夥伴獲得質量。這些可能黑洞的質量從3倍至12倍太陽質量。

  恆星質量黑洞候選者:
恆星黑洞(Stellar black hole)是一種大質量恆星(20倍太陽質量,但其真實質量並未證實,而且也取決於其他變數)引力坍塌後所形成的黑洞,可以藉由伽瑪射線暴或超新星來發現它的蹤跡,其質量是五至數十倍的太陽質量。目前已知質量最大的恆星黑洞是15.65±1.45倍太陽質量。另外,也有證據證明IC 10 X-1 X-ray是一個擁有24至33倍太陽質量的恆星黑洞。