认识黑洞之前，先来认识什么是脱离速度。
要跑得多快才能脱离黑洞？
脱离速度是指一个没有动力的物体，脱离一个天体表面，不再掉下来的最低速度。以地球为例子，不考虑地球大气的情况下，一个物体要离开地球的脱离速度是每秒 11.2 公里，只要一个物体的速度超过每秒 11.2 公里就会永远离开地球，如果物体的速度小于脱离速度就会再落回地球。脱离速度和天体表面的重力有关，跟物体本身的质量没有关系，一颗小石头和一栋房子脱离地球表面的速度都是每秒 11.2 公里。
月球的重力比地球小，所以脱离月球表面的速度就只要每秒 2.4 公里。而太阳表面的重力比地球大，所以需要超过每秒 618 公里的速度才能脱离太阳。
如果在黑洞的表面（事件视界）上，那么要离开黑洞的脱离速度是多少呢？黑洞的脱离速度超过每秒 30 万公里，也就是要超过光的速度。但是世界上没有东西可以跑得比光还快，所以连光都无法离开黑洞的表面，也就是说一但有东西掉入黑洞的事件视界，就永远跑不出来了。因为连光都离不开，所以黑洞不会发出任何的光（或电磁波），这样的物体就称为黑洞。
史瓦西「算出来」的黑洞
黑洞的观念一开始是从理论上算出来的。1915 年，爱因斯坦发表广义相对论，几个月后德国的物理学家卡尔·史瓦西在爱因斯坦的重力场方程式中，找到一个精确解。史瓦西的精确解导出所谓的史瓦西半径，也就是一个不旋转且不带电的黑洞大小，在这个黑洞半径内，任何东西都无法逃脱，包括光。
接著，我们来看看天鹅座 X-1（Cyg X-1）双星系统从被发现到确认它存有黑洞的故事。
天鹅座 X-1 的现身
天鹅座 X-1（Cyg X-1）是最早发现的 X 射线源之一，所谓的 X 射线源就是会发出 X 射线的天体，天鹅座 X-1 是天文学家在天鹅座发现的第一个 X 射线源，所以就称为天鹅座 X-1。一开始科学家并不了解为何天鹅座 X-1 会发出 X 射线，也不知道天鹅座 X-1 是什么样的天体。经过仔细研究后，发现天鹅座 X-1 是一个双星系统，也就是两个天体在彼此的重力吸引下互绕运行着。天鹅座 X-1 双星系统中的一个天体是蓝超巨星，它的编号是 HD 226868，另外一个天体则是黑洞，也就是发出 X 射线的来源。
天鹅座X-1的示意图，吸积盘的中央是黑洞，右边是它的蓝巨星伴星HD 226868。
天鹅座 X-1 的伴星是 HD 226868，HD 226868 的物质在黑洞的附近先形成一个吸积盘，然后再掉进黑洞裡，吸积盘的温度非常高，这样的高温会发出 X 射线，这就是天鹅座 X-1 的 X 射线来源。
黑洞不是不会发光吗？为什么还会发出 X 射线？发出 X 射线的是黑洞的吸积盘，不是黑洞本身，吸积盘位在黑洞的外围，离黑洞还有一段距离，所以能够发出 X 射线。
透过观察 HD 226868 的运动，天文学家可以量测出天鹅座 X-1 黑洞和伴星 HD 226868 的质量，它们的质量分别是太阳质量的 15 倍和 19 倍左右。天文学家是如何知道天鹅座 X-1 是一个黑洞，而不是其他的天体呢？
如果天鹅座 X-1 是一颗 15 倍太阳质量的恒星，它发出的可见光一定会被看见。如果天鹅座 X-1 不是一颗恒星，有可能是恒星死亡后的残骸吗？恒星死亡后留下来的残骸有三种：白矮星、中子星和黑洞。白矮星和中子星只发出微弱的可见光，不过白矮星和中子星的质量都有上限，白矮星最重不会超过 1.4 倍太阳质量，而中子星最重也不会超过3倍太阳质量，天鹅座 X-1 的质量是太阳的 15 倍，远远大于白矮星和中子星的质量上限，所以扣除恒星、白矮星和中子星的可能，天鹅座 X-1 最可能就是黑洞！
看到这里你可能会想：既然黑洞真的存在，那么，他是怎么怎么长大的？
一般人对黑洞的印象是引力非常强大，贪得无厌，没有东西逃得过黑洞的引力，黑洞会把所有东西都吞食下去！不过真的是这样吗？
被伴星喂大的黑洞
黑洞长大的速度是相当慢的，比较像是细嚼慢咽的吃东西，不会一口气吞掉一整颗恒星。而且绝大部分的恒星质量黑洞都是被喂大，并不是自己主动去争抢食物。
以两个水池为例，说明黑洞如何从伴星获得质量，下图中左边水池代表黑洞，右边水池代表绕黑洞运行的伴星，两个水池之间有一水道相连。
两个水池的剖面图，水池之间有水道相连，左边水池像微黑洞，而右边水池代表黑洞的伴星。右边水池的水要如何移到左边水池呢？第一种方式，右边水池的水满过水道；第二种方式是从右边水池泼水过去。
虽然左边水池比右边水池还要深，但是右边水池的水并不会自然的流到左边。黑洞也是一样，即使黑洞的引力很强，不过并不一定会把伴星的物质吸过去。那么什么样的情况右边水池的水会流到左边水池呢？
第一种方式是右边水池的水满到水道的高度，水就会从右边水池流向左边。黑洞和一颗小质量伴星的情况中，当小质量伴星演化到末期，伴星会膨胀成红巨星，伴星膨胀后，物质就会自然地流向黑洞，就像水池里的水满过水道一样。
第二种方式是从右边水池泼水到左边水池。这种情况会发生在黑洞和大质量伴星的系统，大质量伴星会发出强烈的恒星风，把物质吹向黑洞，这就像是从右边水池泼水到左边水池。
这两种方式都是恒星质量黑洞长大的方式，黑洞并不会主动掠夺伴星的物质，而是被伴星喂大的！
慢条斯理而非狼吞虎咽
前面提到的两种黑洞长大的方式，伴星提供的物质并不会直接掉进黑洞，而是先在黑洞外围形成吸积盘，再慢慢从吸积盘掉进进黑洞。
黑洞示意图，黑洞伴星的物质会先在黑洞周围形成吸积盘，再慢慢掉入黑洞。
吸积盘上的物质其实并没有那么容易掉进黑洞，吸积盘就像土星环一样，土星环上的物质也绕着土星运转，它们只会绕著土星运行，而不会掉进土星。这也和太阳系里的行星很类似，行星以圆形的轨道绕太阳运行，但是不会掉进太阳。那么吸积盘上的物质要如何掉进黑洞？
以低轨道人造卫星为例子来说明，低轨道人造卫星原本绕着地球运行，但是受到上层稀薄大气层的摩擦，速度会渐渐变慢，让人造卫星慢慢靠近地球，最后掉入地球烧毁在地球大气层里。
吸积盘上的物质跟人造卫星掉入地球类似，靠近黑洞吸积盘内侧的物质绕黑洞的速度会比外侧的物质快，因为速度不一样所以会产生摩擦，物质之间的摩擦让吸积盘上的物质转速变慢，让物质更靠近黑洞，最后掉进黑洞里。
吸积盘上的物质会因为摩擦而产生高温，高温的吸积盘甚至会发出强烈的 X 射线和伽玛射线，所以科学家通常会用 X 射线和伽玛射线望远镜去发现、寻找黑洞。