a) Détection des trous noirs :  
Les trous noirs, par leur caractère « invisible » ne se détectent que par leurs effets sur l’environnement. On peut distinguer deux grandes catégories de méthodes de détection :

- quand le trou noir est accompagné d’une étoile « normale », on parle alors
de système binaire.
- quand le trou noir est seul, on le dit alors célibataire.
Trou noir dans un système binaire :
Etant donné son fort champ gravitationnel, le trou noir peut avoir une étoile comme satellite. C’est l’étude de la lumière émise par cette dernière qui nous permet de détecter le trou noir : dans un système binaire, les deux astres tournent l’un autour de l’autre. Lorsqu’on mesure le spectre infrarouge de l’étoile, on s’aperçoit qu’il varie périodiquement. Ceci est une application de l’effet redshift.
Ce spectre prouve que l’étoile tourne autour d’un objet massif et invisible qui peut être soit une naine blanche, soit une étoile à neutrons, soit un trou noir. Pour faire la distinction, on mesure la masse de l’astre invisible en analysant son spectre, comme les étoiles à neutrons et les naines blanches ont une masse limite, si cette dernière est dépassée, le compagnon invisible est un trou noir.
 
Conséquences de la variation de la longueur d'onde sur le spectre d'une étoile.
  
     
Il existe un autre moyen de détecter les trous noirs dans des systèmes binaires. En effet, lorsqu’une étoile est proche d’un trou noir, elle lui cède de sa matière. Cette matière est inexorablement attirée par le trou noir et tourne autour de celui-ci en formant un disque d'accrétion. En se rapprochant de la singularité, la matière s’échauffe et émet des rayons X. Cette émission est aléatoire car le disque d’accrétion, par son extrême chaleur, est très instable ; il se produit alors des « bulles chaudes » provoquant des sursauts de rayons X.
Pour différencier l’étoile à neutrons du trou noir, on doit observer le centre du disque d’accrétion :
- celui d’une étoile à neutrons est lumineux en raison de la matière
qui heurte la surface de l’étoile effondrée
- par contre, celui d’un trou noir sera sombre car la matière aura été
aspirée et donc aucune lumière ne nous arrivera.
Différence entre un trou noir et un étoile à neutrons.
Trou noir célibataire :
Un trou noir célibataire est difficile à détecter ; le meilleur moyen est d’utiliser ses propriétés liées à la lumière, et notamment l'effet de lentille gravitationnelle.
Les trous noirs dévient la trajectoire des rayons lumineux (voir propriétés liées à la lumière), c'est pourquoi on peut avoir deux images identiques d'une même étoile située derrière le trou noir.
Dans la réalité, les deux images de l’étoile sont très proches voir confondues ce qui donne une étoile très lumineuse qui, si elle est détectée, nous informera sur la présence d’un corps céleste qui peut s’avérer être un trou noir.
Comme pour les trous noirs dans les systèmes binaires, on peut les détecter grâce à leur rayonnement X. En effet, le trou noir célibataire possède lui aussi un disque d’accrétion : la méthode utilisée pour la détection d’un trou noir en système binaire peut donc être appliquée. Cependant, le disque d’accrétion d’un trou noir célibataire est très faible et devient indétectable par nos instruments de mesures s'ils sont distants de plus de 10 années-lumière.
La détection d’un trou noir célibataire reste donc très théorique, même si on a réussi à observer un exemple flagrant de lentille convergente gravitationnelle. Sur cette photo, un amoncellement compact de galaxies crée un champ de gravitation très intense qui courbe même les rayons lumineux de la galaxie située « derrière » (on peut ainsi observer des arcs).
   
  Image provenantdu télescope Hubble