Las estrellas se encuentran en un estado de equilibrio entre la fuerza de gravedad que atrae todo el material de la estrella hacia su centro y la presión del gas caliente que hace que el gas tienda a expanderse. Este estado de equilibrio determina el tamaño y la estructura de la estrella. Es la generación de energía nuclear en el interior lo que mantiene el gas de la estrella caliente, procurando el empuje "hacia afuera". Cuando el combustible nuclear se agota, se pierde esta presión y la estrella se colapsa sobre si misma. Todo indica que si la masa de la estrella es mayor que ocho veces la masa del Sol el resultado del colapso debe ser un hoyo negro. Por este motivo existe la opinión generalizada entre la comunidad científica de que hay un gran número de hoyos negros en nuestra galaxia, vestigio de múltiples generaciones de estrellas masivas.
Pero ¿donde están todos estos hoyos negros? El problema con los hoyos negros es que, como su nombre lo indica, son negros. Como mencionamos en un artículo anterior, Stephen Hawking predijo que en realidad los hoyos negros deben emitir radiación (llamada justamente "radiación de Hawking"), pero la intensidad es extremadamente baja y en la práctica no es posible ver un hoyo negro. Si queremos identificarlos debemos encontrarlos de alguna forma indirecta. Por otro lado, la mayoría de la estrellas viven en sistemas binarios, es decir tienen una compañera. En ocasiones estas estrellas estan tan cerca una de la otra que gas de una de ellas puede ser atraido y, literalmente, engullido por la otra estrella. A mediados de los años sesenta Yakov Borisov Zel'dovich se percató que, cuando un hoyo negro se traga el material de una estrella compañera, el gas al caer se calienta hasta alcanzar temperaturas de millones de grados, emitiendo rayos X con una gran intensidad. Esto nos dice que para encontrar hoyos negros debemos buscar sistemas de estrellas dobles emitiendo copiosamente rayos X y con una de las estrellas no detectable directamente (el hoyo negro).
En diciembre de 1970 fue lanzado el satélite astronómico de rayos X UHURU, de cuyas datos se elaboró el primer catálogo de fuentes de rayos X. Este catálogo contiene 339 objetos de los cuales la mayor parte resultaron ser estrellas binarias. La luminosidad de estos objetos coincidía con estimaciones hechas partiendo de la idea de Zel'dovich. Los científicos tenian en sus manos mas de un centenar de sistemas binarios donde potencialmente podría haber un hoyo negro. Sin embargo, surgió un problema: pronto quedó claro que un sistema de dos estrellas donde una fuera una estrella de neutrones emitiría rayos X de la misma forma que un sistema con un hoyo negro. Las estrellas de neutrones son objetos extremadamente densos en los cuales una masa poco superior a la del Sol está contenida en un diámetro de tan solo veinte kilómetros. Un hoyo negro de misma masa tendría un diámetro de ocho kilómetros y las observaciones no pueden distinguirlos. La única propiedad medible que puede diferenciar a un hoyo negro de una estrella de neutrones es la masa (la cantidad de materia contenida en la estrella): mientras que una estrella de neutrones no puede tener una masa superior a 1.44 veces la masa del Sol, la masa de un hoyo negro puede ser arbitrariamente grande. Los astrónomos se dieron a la tarea de buscar entre las fuentes binarias de rayos X cuales podrían contener un objeto oscuro con una masa suficientemente grande el cual tendría que ser un hoyo negro.
En 1964 un cohete descubrió la fuente de rayos X Cygnus X-1. Fue necesaria la llegada de UHURU para conocer con precisión suficiente la posición de esta fuente de rayos X. Ahí se encuentra la estrella HD226868, la cual resultó ser un sistema binario. Cuidadosos estudios establecieron que la masa de la compañera oscura es definitivamente mayor que tres veces la masa del Sol, y probablemente unas dieciseís veces mayor. Aun cuando existen (improbables) alternativas a la presencia de un hoyo negro en Cygnus X-1, hay un alto grado de concenso entre los astrónomos que este sistema contiene un hoyo negro, a tal punto que en posteriores búsquedas de otros sistemas conteniendo un hoyo negro sistemáticamente se comparan las propiedades del sistema bajo estudio con las de Cygnus X-1.
Las observaciones del instrumento BATSE a bordo del satélite Compton Gamma-Ray Observatory, lanzado en 1991, han revelado un tipo de objetos, las llamadas novas de rayos X, entre las cuales hay fuertes candidatos a hoyo negro. A la fecha no ha podido obtenerse una característica que identifique de manera inequívoca a un hoyo negro en estos sistemas binarios de rayos X. Sin embargo, existe a la fecha mas de una docena de objetos donde tenemos alto grado de confianza de que contienen un hoyo negro. Sin apuntar con plena certitud a ninguno de ellos, los astrónomos saben que ahí tienen que estar los hoyos negros.