นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรงด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ตรวจจับรังสีเอกซ์ แสง หรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เราสามารถสรุปการมีอยู่ของหลุมดำและศึกษาหลุมดำได้โดยการตรวจหาผลกระทบต่อสสารอื่นที่อยู่ใกล้เคียง ตัวอย่างเช่น หากหลุมดำผ่านกลุ่มเมฆของสสารระหว่างดาว มันจะดึงดูดสสารเข้าสู่กระบวนการที่เรียกว่าการสะสม กระบวนการที่คล้ายกันนี้อาจเกิดขึ้นได้หากดาวฤกษ์ปกติเคลื่อนที่เข้าใกล้หลุมดำ ในกรณีนี้ หลุมดำสามารถฉีกดาวออกจากกันได้ในขณะที่มันดึงเข้าหาตัวมันเอง เมื่อสสารดึงดูดเร่งความเร็วและร้อนขึ้น มันจะปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาในอวกาศ การค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้เสนอหลักฐานที่ยั่วเย้าว่าหลุมดำมีอิทธิพลอย่างมากต่อบริเวณใกล้เคียง โดยปล่อยรังสีแกมมาอันทรงพลังออกมา กลืนกินดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียง  ในอดีต นักดาราศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าไม่มี หลุมดำ ขนาดกลางอยู่จริง อย่างไรก็ตาม หลักฐานล่าสุดจาก Chandra, XMM-Newton และ Hubble ทำให้กรณีที่หลุมดำขนาดกลางมีอยู่จริง กลไกหนึ่งที่เป็นไปได้สำหรับการก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาลเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาลูกโซ่ของการชนกันของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวขนาดกะทัดรัด ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวเป็นดาวฤกษ์มวลมหาศาล จากนั้นจะยุบตัวกลายเป็นหลุมดำมวลปานกลาง จากนั้นกระจุกดาวจะจมลงสู่ใจกลางกาแลคซี ซึ่งหลุมดำมวลปานกลางรวมตัวกันเป็นหลุมดำมวลมหาศาล