1. "Dự đoán mạnh mẽ" của Albert Einstein
Năm 1916, nhà vật lý Karl Schwarzschild dự đoán, hố đen vũ trụ là hệ quả tất yếu của thuyết tương đối rộng của Einstein. Nghĩa là, nếu lý thuyết của Einstein đúng thì hố đen phải tồn tại.
Sau đó, Roger Penrose và Stephen Hawking là đã đặt sự tồn tại của hố đen trên nền tảng vững chắc hơn. Họ chỉ ra rằng bất kỳ vật thể nào sụp đổ sẽ tạo thành hố đen. Roger Penrose thậm chí được trao một phần giải Nobel vật lý năm 2020 nhờ phát hiện hố đen là một dự đoán chắc chắn của thuyết tương đối rộng.
2. Vụ nổ tia gamma
Những năm 1930, nhà vật lý thiên văn Ấn Độ Subramanian Chandrasekhar nhận thấy điều gì xảy ra với một ngôi sao sau khi sử dụng hết nhiên liệu hạt nhân phụ thuộc vào khối lượng của nó. Nếu ngôi sao thực sự lớn (gấp 20 lần khối lượng Mặt trời trở lên) thì lõi dày đặc của nó (gấp 3 khối lượng Mặt trời trở lên) sẽ sụp đổ thành hố đen. Sự sụp đổ của lõi giải phóng năng lượng cực lớn dưới dạng vụ nổ tia gamma. Kính thiên văn trên Trái đất đã phát hiện ra nhiều vụ nổ như vậy.
3. Sóng hấp dẫn
Hố đen đôi khi xuất hiện theo cặp và quay xung quanh nhau. Khi đó, tương tác hấp dẫn giữa chúng tạo ra các gợn sóng trong không-thời gian, lan truyền ra bên ngoài dưới dạng sóng hấp dẫn. Với những đài quan sát hiện có, chúng ta hoàn toàn có khả năng phát hiện ra sóng này.
4. Bạn đồng hành vô hình
Chúng ta chắc chắn có thể phát hiện ra hố đen thông qua hiệu ứng hấp dẫn của chúng với các ngôi sao khác. Khi quan sát hệ sao đôi HR 6819 năm 2020, các nhà thiên văn nhận thấy những điểm kỳ lạ trong chuyển động của hai ngôi sao chỉ có thể giải thích được nếu có một vật thể thứ ba vô hình ở đó. Sau khi tính toán khối lượng của vật thể thứ ba, các nhà nghiên cứu kết luận nó chỉ có thể là hố đen.
5. Nguồn phát tia X
Năm 1917, bằng chứng đầu tiên về hố đen xuất hiện từ hệ sao đôi Cygnus X-1 trong Dải Ngân hà. Cygnus X-1 là nguồn phát tia X. Vật chất liên tục bị tách khỏi ngôi sao chủ và bị kéo vào đĩa bồi tụ xung quanh vật thể vô hình, các tia X được phát ra chính từ đĩa bồi tụ này.
Theo ước tính, một vật thể vô hình với khối lượng gấp 21 lần khối lượng Mặt trời tập trung tại một không gian cực nhỏ, chỉ có thể là hố đen.
6. Các hố đen siêu lớn
Có các hố đen siêu lớn với khối lượng gấp hàng triệu, hàng tỉ lần khối lượng Mặt trời, đã ẩn náu trong trung tâm của các thiên hà kể từ thời kỳ đầu trong lịch sử vũ trụ.
Trong đó, chúng ta biết đến sự tồn tại của hố đen ở trung tâm Dải Ngân hà vì nhìn thấy được các ngôi sao trong vùng đó quay xung quanh rất nhanh với tốc độ lên đến 8% tốc độ ánh sáng.
7. Spaghettification
Một bằng chứng khác về sự tồn tại của hố đen là spaghettification. Spaghettification là những gì sẽ xảy ra khi một vật thể rơi vào hố đen. Vật thể sẽ bị lực hút cực mạnh của hố đen kéo ra thành những sợi mảnh.
8. Hình ảnh trực tiếp
Bằng chứng trực tiếp đầu tiên về hố đen là hình ảnh của hố đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà Messier 87. Hình ảnh cho thấy bóng tối của hố đen ở giữa và ánh sáng màu cam của đĩa bồi tụ xung quanh.
