天鹅座X-1（Cygnus X-1，缩写为Cyg X-1）是一个位于天鹅座方向的双星系统，最早被认为是黑洞的天体系统之一。它于1964年被发现，是个很强的X射线源。该黑洞从邻近轨道运行的蓝色超级巨恒星中吸取气体，它向内螺旋式释放着巨大热量，喷射出高能量X射线和γ射线，是人类发现的第一个黑洞候选天体。 天鹅座X-1是一颗高质量X射线双星，其主星是一颗超巨星，光谱型为B0，伴星名为HDE 226868，是一颗8.9等的变星，直径大约2500万千米。在环境许可的情况下，使用小型双目望远镜可看见天鹅座X-1。根据历元1950的资料，该天体位于赤经19 h 56.5 min，赤纬35 deg 4 min。 天鹅座X-1是个双星系统，由一光谱型O9-BO的超巨星及一颗致密星组成。超巨星的质量约为20-40倍太阳质量，致密星则具有太阳的21倍质量。由于中子星的最大质量不多于3倍太阳质量，因此该颗致密星普遍被认为是黑洞。X射线由双星系统内的吸积盘产生，在吸积盘内发生康普顿散射，再被反射向外。天鹅座X-1是天空中持续最久的强力X射线源。距离地球约7240光年。 2021年2月19日，国际学术期刊《科学》和《天体物理学报》的三篇文章联合发布对第一个恒星级黑洞——天鹅座X1的最新精确测量结果。根据该测量结果，此系统包含了一个21倍太阳质量的黑洞，并且其自转速度极接近光速。这是迄今发现并确认的唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量且自转如此之快的X射线双星系统。 天鹅座X-1属于一个高质量X射线双星系统，其距离太阳大约6,070光年，另一成员为一颗超巨星变星，编号为HDE 226868。两者相互围绕公转，距离为0.2天文单位，即地球和太阳间距离的20%。该星的星风为X射线源的吸积盘提供物质。盘的内部温度达到几百万K，因此辐射出X射线。两条垂直于吸积盘的相对论性喷流将被吸进的物质喷射出星际空间。 这个系统可能属于一个名为天鹅座OB3的星协，意味著天鹅座X-1的年龄超过500万年，并源于一颗质量大于40个太阳质量的原星。这颗原星的大部分质量都散失了，很可能是以星风的形式。如果该星以超新星的形式爆炸，则其威力足以将剩余物质喷射出这个系统。因此它可能直接缩成一个黑洞。 物理学家斯蒂芬·霍金和基普·索恩曾拿天鹅座X-1作了一场科学的赌局。当中霍金赌天鹅座X-1不是一颗黑洞。1990年霍金让步，因为观测证据显示这个系统中存在著引力奇点。

天鹅座X1是一个X射线双星系统，除了包含能够产生X射线源的致密星之外，还包含一个蓝巨星。自从这个系统在1964年被美国探空火箭首次发现以来，其中致密天体究竟是黑洞还是中子星的问题一直是高能天体物理研究领域的热点。对致密天体究竟是黑洞还是中子星，上世纪70年代，物理学家基普·索恩和斯蒂芬·霍金还专门打赌，并立下字据。直到上世纪90年代，越来越多的观测证据表明这个系统中心应该是黑洞，霍金才签字表示认赌服输。

尽管霍金已经认输，然而对于这个系统的性质一直缺乏精确的测量。2011年，苟利军研究员和合作者就对这颗黑洞的性质首次做了一次精确测量的尝试。当时得出的结果是：这个黑洞系统与地球的距离为6067光年，质量为14.8倍的太阳质量，并且发现黑洞的视界面在以72%的光速转动。

2013年，欧洲航空局的盖亚卫星发射升空，计划对银河系内的10亿颗恒星的距离进行精确测量，当然也包括天鹅座X1在内的X射线双星。结果，盖亚卫星所给出的天鹅座X1的距离要比之前的距离远一些，大约为7100光年。

2021年2月19日，《科学》杂志和《天体物理学报》上线的三篇文章联合发布了对历史上发现的第一个恒星级黑洞——天鹅座X1的最新精确测量结果。来自澳大利亚、美国和中国的三个团队分别独立对黑洞天鹅座X1的距离、质量、自转及其演化做了最为精确的测量和限制，澳大利亚柯廷大学教授米勒-琼斯所领导的研究团队，利用美国的甚长基线干涉阵列，通过三角视差方法对天鹅座X1的距离再次进行测量和确认。团队把新的观测数据和之前的观测数据相结合，同时消除了天鹅座X1的喷流运动所导致的系统误差效应之后，最终得到了天鹅座X1黑洞的最新距离，这一结果为7240光年，精度达到8%，这个距离和盖亚卫星给出的距离完全一致。在此基础之上，合作团队重新分析光学数据，发现黑洞质量增加了50%，增加到了21倍的太阳质量，精度为10%，这是X射线双星系统中目前唯一一个主星质量超过20倍太阳质量的黑洞X射线双星系统。结合新得到的距离和质量的测量结果，中国天文学家领导的研究团队分析了X射线光谱数据，从而对黑洞的自转速度进行了精确限制，相比之前的测量结果，发现此次测量的黑洞转动更加极端，黑洞视界面正在以至少95%的光速自转，这也是目前已知的唯一一个以如此高速度转动的黑洞系统。

光谱分类O9.7Iab

细菌性阴道病色指数+0.81

U-B色指数-0.30

历元 J2000

赤经19h 58m 21.6756s

赤纬+35° 12′ 05.775″

视星等 (V) 8.95

径向速度 (Rv) -13 km/s

自行 (μ) RA: -3.82 mas/yr

Dec.: -7.62 mas/yr

视差 (π) 0.58 ± 1.01 mas

距离 approx. 6000 ly

通过对X射线源的观测，天文学家能研究涉及到几百万度炽热气体的天文现象。但由于X射线被地球的大气层遮挡了，因此对X射线源的观测不能在地表进行，而需要将仪器运送到有足够X射线能穿透的高度。发现天鹅座X-1的仪器是从新墨西哥州白沙导弹靶场由火箭发射到弹道轨道。1964年时正进行一项观测，目的是找出这些X射线源。两个空蜂火箭（Aerobee）弹道火箭运载着盖革计数器升空，测量天空中8.4°范围内波长从1至15Å的X射线源。

这项观测发现了8个新的X射线源，包括天鹅座的Cyg XR-1（后名Cyg X-1）。其天球坐标估计为赤经1953、赤纬34.6°。该X射线源处并没有明显的无线电或可见光源。

由于需要更长时间的观测研究，1963年贾柯尼和赫伯特·格斯基提出了首个研究X射线源的轨道卫星。美国航空航天局于1970年发射了乌呼鲁卫星，进而发现了300个新X射线源。它对天鹅座X-1的长期观测发现其X光强度有波动，频率为每秒数次。如此快速的变动显示，能量一定在很小的范围内产生，大小约为10公里，因为光速的限制使讯息不可能在更远的范围里相互传递。作为对比，太阳的直径约为1.4百万公里。

1971年4月至5月，莱登天文台的Luc Braes和George Miley与美国国家射电天文台的Robert M. Hjellming和Campbell Wade独立探测到来自天鹅座X-1的无线电射线，射线源的准确位置指向AGK2+35 1910 = HDE226868。天球上，这颗星与视星等为4级的天鹅座η相距半度。它是一颗超巨星，本身并不能发射所观测到的X射线。因此，此星必定有一颗能够将气体加热到几百万度的伴星，才可放射在天鹅座X-1观测到的辐射。

皇家格林威治天文台的Louise Webster和Paul Murdin与单独在多伦多大学大卫·邓拉普天文台工作的 Charles Thomas Bolton于1971年公布了HDE 226868巨型伴星的发现消息。该星光谱的多普勒效应显示了其伴星的存在，人们也能根据轨道数据间接地测量其质量。由于该天体质量很高，他们推测它可能是一个黑洞。因为最大的中子星也不可能超过3个太阳质量。

随着更多观测证据的发现，到了1973年末，天文学界的普遍结论为天鹅座X-1最大可能为一黑洞。对天鹅座X-1更精确的测量显示出小至1毫秒的变化。这个间距与黑洞吸积盘物质的乱流相符。持续三分之一秒的X射线爆符合物质掉进黑洞预测所需的时间。

经Hipparcos卫星的精确测量，天鹅座X-1（CygX-1）距离地球大约6000光年，其质量大约是太阳的10倍，直径约44公里，位于天鹅星座。通过动力学模型以及相对论模型，科学家还测量了黑洞吸积盘的内缘半径。对于这些研究结果，天鹅X-1双星系统的研究小组认为：由黑洞质量、轨道倾角以及距离带来的观测和模型参数的不确定性问题都将被充分考虑，而由于径流主导吸积盘的薄盘模型（吸积率低于爱丁顿光度）所带来的局限性，在诸如低光度天体（低态X射线双星）即天鹅X-1的具体应用上还需要进一步研究。

至今天鹅座X-1已被多部轨道及地面观测仪器长期观测。X射线双星（如HDE 226868/天鹅座X-1）和活动星系核间有众多相似之处，显示它们有共同的运行原理：黑洞、旋转中的吸积盘和喷流。因此，天鹅座X-1被归于一类称为微类星体的双星系统。对诸如HDE 226868/天鹅座X-1的双星系统的科学研究能使科学家对活动星系的运动原理有更深入的认知。

2021年10月，中国科学院上海天文台观测高能天体物理组研究团队利用“慧眼”硬X射线调制望远镜卫星（“慧眼卫星”）在著名黑洞双星天鹅座X1的软谱态时探测到88mHz的高能准周期振荡信号。

当光线自由地穿过时空，它将以任何方向出现偏振。然而，出现偏振的光线意味着光线在特定的状况下仅以一个方向震动，例如：光线从表面散射或者穿过物质。研究人员使用欧洲航天局天体物理实验室（Integral）卫星的Ibis望远镜，对天鹅座X-1黑洞进行了7年观测。他们集中精力分析该黑洞冕环产生的光线，天鹅座X-1黑洞的冕环是一个微小的区域，直径不足800公里。

之前的研究显示，黑洞冕环等离子体释放的X射线加热至1.2亿摄氏度，但是天体物理实验室卫星从未知来源探测的光线也可达如此高温。法国原子和替代能源委员会天文学家菲利普-劳伦特（PhilippeLaurent）称，这项研究首次显示未知高能量喷射出现强烈的偏振，这暗示着它可能产生于同步辐射，这是强烈磁场接近黑洞表面的迹象。他强调指出，从理论上，人们会认为该区域会存在一个磁场，但目前这是首次掌握到观测证据。

天鹅座X-1中的致密星和蓝超巨星组成一个双星系统，以5.599829±0.000016天的周期绕质心公转。从对天鹅X-1的研究过程中，准确计算出这个双星系统中X射线源的位置是十分重要的，这个结果将直接导致人类空间观测史上的第一个黑洞被确认。科学家通过甚长基线阵列测量技术，利用三角视差法将距离值确定在1.86(-0.11,+0.12)千秒差距（kpc），1秒差距约等于3.2光年。而天鹅X-1发出的X射线通量有着明显的周期性特征，大约在5.6天就进行一个周期变化，这也证明了当超蓝巨星运行到黑洞后面时，两者之间作用产生的X射线受到前者产生的恒星风阻挡，出现较低的值。

通过进一步的研究，科学家还确定了这个双星系统是进行顺时针旋转。利用耦合距离和多普勒效应模拟出天鹅X-1双星系统的三维运动模型。接着对地球以及天鹅X-1围绕银河系的相对速度进行修正后，发现其运行速度只有大约21km/s，这表明在这颗蓝超巨星与黑洞形成双星系统时并没有出现剧烈的反冲效应。

蓝超巨星为HDE226868，是一颗8.9等的变星，在环境许可的情况下，使用双目望远镜可看得见。根据历元1950的资料，该天体位于赤经19h56.5min，赤纬35deg4min。

由于星际尘埃的阻挡且红光能穿透星际尘埃，在地球上观测超蓝巨星HDE226868显得更红一些。这颗蓝超巨星围绕着一个看不见的巨大天体进行旋转，两者间的距离大约是地球与太阳之间距离的五分之一，也就是0.2个天文单位。科学家推测：蓝超巨星产生的恒星风不仅盘踞的黑洞的吸积盘上，也笼罩着其产生的X射线源。同时也意识到，在黑洞吸积的过程中，将产生急速的喷流进入宇宙空间，这些喷流可能夹杂着从蓝超巨星上撕扯下来的物质，所探测到的强烈X射线源就是由吸积过程中过热的物质发出。