恒星黑洞（Stellar black hole）是一种大质量恒星（大约20倍太阳质量，但其真实质量并未证实，而且也取决于其他变量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽玛射线暴或超新星来发现它的踪迹。目前已知质量最大的恒星黑洞是15.65±1.45倍太阳质量。另外，也有证据证明IC 10 X-1 X-ray是一个拥有24至33倍太阳质量的恒星黑洞。

根据广义相对论，任何质量的黑洞是可以存在的。质量越少，形成黑洞所需的密度就越高（参看史瓦西半径）。直至目前为止，还没有发现任何可以制造少于1太阳质量的黑洞方法。但如果它们存在，它们极有可能是微黑洞。恒星的引力坍塌是一个形成黑洞的自然过程。当恒星寿终正寝时，即所有能量耗尽后，引力坍塌是无可避免的事态。

如果恒星的坍塌质量低于临介值时，将会生成白矮星或中子星的致密星。这些星体拥有最大的质量，所以，如果致密星的质量超过此临介值时，引力坍塌会继续，然后突变为重力坍塌，形成黑洞。虽然还没证实到中子星的最大质量，但估计也有3倍太阳质量。直至目前为止，质量最小的黑洞大约有3.8倍太阳质量。

另外，也有观察证据证明有两种质量比恒星黑洞更大的黑洞，它们是中介质量黑洞（位于球状星团的中心）和超重黑洞（位于银河系和活动星系核的中心）。

一个黑洞最多只能拥有以下三个特性：质量、电荷和角动量（旋转）。所有自然生成的黑洞都会旋转，但并没有确实观察旋转状况。恒星黑洞的旋转是因为恒星的角动量守恒而造成的。

X射线联星系统中的观察质量

当物质从黑洞的伴星转移至黑洞时，在联星系统中的黑洞是可以观测到的。掉落至致密伴星的质量释放出的能量是如此的巨大，使物质的温度升高至数亿度的高温并辐射出X射线（X射线天文学）。因此可以用X射线观察黑洞，而伴星可以用光学望远镜观察。从黑洞和中子星释放出来的能量有相同的数量级，使黑洞和中子星经常都难以区分。

但是，中子星还有其他的特性。它们显示出微差自转，并且有磁场和呈现局部的爆炸现象（热核爆炸）。每当这些特性被观测到，就可以判断密接联星的伴星是中子星。

推导出的质量来自对致密X射线源的观测（结合X射线和可见光的资料），所有被辨认出为中子星的质量都在3-5倍的太阳质量，致密伴星的质量在5倍太阳质量以上的系统都未显露出中子星的特征。结合这些事实，致密伴星的质量在5倍太阳质量以上的越来越可能是黑洞。

值得注意的是，黑洞存在的证据不仅是从地球上观测到的，也来自理论：在如此的联星系统中，除了黑洞之外，没有任何天体可以做为这个致密伴星的天体。如果能直接观察到一个微粒（或一个气泡）坠落进入黑洞的轨道，就可以直接证明黑洞的存在。

恒星质量黑洞的候选者

我们的银河系内有一些恒星质量黑洞的候选者(BHCs)，它们比银河中心区的大质量黑洞更靠近我们。这些候选者都是X射线联星系统，致密伴星经由吸积盘从它的伙伴获得质量。这些可能黑洞的质量从3倍至12倍太阳质量。