黑洞的引力强大到连光也无法逃离，但是在黑洞周围的天体，会出现异常的行为，科学家最初发现的黑洞，就是利用了这个原理。
爱因斯坦在1915年发表了广义相对论，次年德国科学家史瓦西，就通过引力场方程得到了广义相对论的第一个限制性解——史瓦西解。
史瓦西解描述的是一个不自转且不带电的黑洞，该黑洞存在一个视界，任何进入视界的事物都无法逃离出来，连光也不例外，当时天文学上从未发现过这么奇异的天体。
到了1965年，天文学家在天鹅座方向上，发现一个非常强烈的X射线源，经过寻找定位，科学家发现该方向上存在一个双星系统——天鹅座X-1（距离地球6070光年），其中一颗为20~40倍太阳质量的超巨星，另外一颗发出强烈的X射线，但是本身并不可见。
天文学家对此未知天体产生了许多猜测，要知道恒星本身并不会发出X射线，天文学家为此还发射了X射线卫星，比如有1970年欧洲发射的乌呼鲁卫星。经过X射线卫星的长期观测，科学家确定这颗未知天体的能量集中在10公里范围左右，质量大约是8.7倍太阳质量。
在当时，如此致密的天体只有中子星，而中子星的理论质量上限大约是3倍太阳质量，该天体的质量远远超过了中子星极限，于是有天文学家推测这可能是一颗黑洞。
在当时，霍金还信誓旦旦地和另外一位科学家打赌，说天鹅座X-1发出的射线不是黑洞引起的，霍金坚持认为黑洞不可能存在。
随着更多观测数据的获取，该致密天体的特性与黑洞预言的基本一致，比如黑洞吸积盘产生X射线的周期与实际相符，于是天鹅座X-1中存在一颗黑洞，成了天文学的共识，这也是人类发现并确定的首颗黑洞。
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