在宇宙中存在這樣的一種天體系統——雙星系統，它是指由兩顆恆星組成，相對於其他恆星來說，位置看起來非常靠近的天體系統，聯星是指兩顆恆星各自在軌道上環繞著共同質量中心的恆星系統。雙星可以當成聯星的同義詞，但一般而言，雙星可以是聯星，也可以是沒有物理關聯性，只是從地球觀察是在一起的光學雙星。
而雙星系統中有一種更為奇異的存在，那就是雙黑洞系統，雙黑洞是指相互繞轉的兩個黑洞組成的一個系統。
2013年，藉助美國宇航局的廣域紅外望遠鏡(WISE)，天文學家們觀測到在一個遙遠星系的核心似乎存在兩個超大質量黑洞，這兩個黑洞正相互繞轉，就像一對舞者。
隨後科學家利用「澳大利亞望遠鏡緊湊陣列」以及設在智利境內的南雙子望遠鏡進行的後續觀測又揭示了更多有關這一星系不同尋常的特徵，包括一條看上去非常不均勻也不穩定的噴流。這可能是來自其中一個黑洞的噴流，但其受到了另一個黑洞強大引力的影響，因此顯得搖擺不定。
這種由兩個黑洞組成的類似雙星的體系是很難被發現的。它們的體積極小，即便使用最強大的望遠鏡也難以分辨。而此次是科學家首次在與地球遠達38億光年之外發現黑洞雙星系統，證明這樣的黑洞系統在宇宙間可能非常普遍。
對於宇宙中可空間分辨的雙黑洞系統，通過對塵埃溫度以及CO分子測量等可以得到較高解析度的圖像以及各成分的相應的譜能量分布，而對於目前觀測雙黑洞的間接證據則主要通過雙黑洞進動對於星系核的形態的影響、准周期性光變、譜線雙峰結構等進行間接觀測。
雙黑洞系統的形成方式科學家目前認為主要由兩種：
其一是由成對誕生的恆星產生，宇宙中只有三分之一到二分之一的恆星符合這種條件。在僅僅一百萬年的時間內，雙恆星演化、爆炸、坍塌，最終形成雙黑洞。雙黑洞像打蛋器一樣互相環繞，它們的質量是太陽質量的20到100倍，這樣的雙黑洞系統也被稱為共生雙黑洞。共同排列旋轉是雙黑洞的主要標誌，可以通過引力波信號對其進行測量。
雙黑洞系統也可以通過兩個分屬於不同稠密星團的黑洞互相捕捉形成，在此過程中，彈弓效應發揮了巨大作用。早期宇宙中的黑洞在恆星經過時散發能量，緩慢地向星團中心移動；久而久之，導致恆星與黑洞的距離相當於太陽到冥王星之間的距離。在這種情況下，黑洞相互通過引力作用捕捉，形成「捕捉雙黑洞」；和共生雙黑洞不同，由於它們是分別產生的，旋轉軸的方向不固定。
而遠距離黑洞雙星系統的能量會受到其他恆星之間的彈弓效應而減少，因此合併的時間也相應縮短。這些通過不同方式形成的雙黑洞，一些在星系中心附近被捕捉，一些停留在原地，另一些在浩瀚的宇宙中漂流了數十億年。無數雙黑洞將在宇宙的海洋產生引力波的漣漪；當它們合併時，釋放出的巨大能量將觸發一場宇宙海嘯。
所以宇宙中的雙黑洞系統一般根據距離可以大概分為四類：分別為星系團中的類星體對、相互作用活動星隊、「單個」星系中超大質量黑洞對以及空間不可分辨的雙超大質量黑洞後選體。最後一類雖然在空間距離上難以分辨，但是可以根據雙星的軌道運動所導致的X射線等出現的周期性或准周期性進行判斷。
1、對引力波的探索
在物理學中，引力波是指時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量。在1916年 ，愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在。引力波的存在是廣義相對論洛倫茲不變性的結果，因為它引入了相互作用的傳播速度有限的概念。
引力波描述的是時空曲率的振動在時空中的傳播，在廣義相對論中，時空曲率是用來描述引力物理量。根據廣義相對論的理論支持，對於黑洞被事件視界包圍的區域對於引力波而言，事件視界提供的是一個只進不出的邊界條件，即在雙黑洞合併之後，引力波將會迅速的衰減。
2016年升級後的美國雷射干涉引力波天文台宣稱首次探測到引力波，同時推測探測到的引力波源GW150914是位於紅移z=0.09+0.04-0.03處的兩個黑洞的合併，其中得到的數據結果與根據廣義相對論原理構建的雙黑洞合併釋放引力波波形模式有著很高程度的吻合，這一發現進一步對廣義相對論提供了實踐的支持，這也標誌著人類第一次探測到引力波。
隨著引力波的被探測，它表示引力波源和星星一樣。最強的源可以被單一的看到，但是也會有一個由眾多遠處的源導致的背景。而關於雙黑洞系統與引力波之間的研究也由此成為科學屆的一個熱門。
比如而尋找、確認雙黑洞對理解星系和類星體的形成演化，以及進一步研究引力波和基本引力理論。還有宇宙中雙黑洞的形成和演化，以及它們輻射引力波的特性。以及如何通過正在開展的地面高頻引力波和未來空間低頻引力波的觀測，將對宇宙中雙黑洞的形成和演化模型提供限制，並且研究出黑洞強引力場中奇妙的物理過程和物理現象。
2、星際旅行的可能性
早在1963年，著名物理學家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）提出，任何體積的飛船都可以利用成對的緊密天體（如白矮星或中子星）的引力彈弓效應達到相對論速度——顯著接近光速的速度（戴森最著名的構想是被稱為「戴森球」的巨大球形結構，先進文明通過戴森球將整個恆星囊括在內，捕獲其絕大部分能量）。
同樣在1963年，物理學家馬克·斯塔基提出，黑洞在理論上可以作為一個「引力鏡」，即黑洞的引力可以將光子彈回，使其飛向光源。
而到了2019年，美國哥倫比亞大學天文學家大衛·基平經過研究表示，人類或許可以通過一種名為「光環驅動器」的全新方法，從雙黑洞系統獲取能量，從而實現無需燃料的星際旅行。
科學家已經觀察到，當光子進入引力鏡區域並隨後被射回時，它們不僅從旅程中獲得了速度，而且還保留了一部分動能。大衛·基平表示，，如果一個黑洞朝著光子來源運動，那迴旋鏢光子就可以帶回黑洞的部分能量。黑洞的移動速度越快，光環驅動器從中獲取的能量就越多。利用這些返回的光子——稱為「迴旋鏢光子」——星際旅行者可以從中收集能量，達到比黑洞高133%的速度。
這種從黑洞中獲取能量的方法不僅可以避免過於靠近危險的極大引力空間，也將使飛船極難被探測到。很長時間以來，天文學家一直將黑洞視為一種引力彈弓，可以幫助將物體推入遙遠的太空。
大衛·基平說：「某個文明可以利用黑洞作為星系航點，但這些航點將很難遠程探測到，除非出現雙黑洞合併率升高或較高的雙黑洞偏心率。」
因此，如果某個文明具有足夠接近黑洞的能力，在理論上就可以在我們不知情的情況下，利用光環驅動器方法進行星際旅行。天文學家或許可以通過觀察雙黑洞合併是否發生得更加頻繁來尋找外星生命使用光環驅動器的跡象。
儘管大衛·基平提出了具體的設想，但是目前人類還並沒有具備到達雙黑洞系統的科技實力。
3、星系碰撞的頻率和星系碰撞後的活動規律
科學家認為大多數星系，包括人類所處的銀河系，都會面臨星系碰撞的現象發生。大多數星系，包括我們所處的銀河系，其中心都有超大質量黑洞存在。當星系發生碰撞後，每個星系中心的這些超大質量黑洞將呈現出螺旋狀，朝向新形成的星系中心，而在兩個星系的碰撞過程中就會出現雙黑洞系統。
科學家研究發現，雙黑洞系統在碰撞後可以同時進行吞噬的現象，而同時吞噬的後果就是聚集巨大的能量，使得雙黑洞系統漂移並逐步靠近，然後變成互相吸引的二元黑洞，最後兩個黑洞發生「碰撞」，最終形成一個單一的巨大的黑洞。
科學家表示，銀河系也無法避免「碰撞」的命運，銀河系在將來可能和鄰近的仙女星座發生碰撞，它們內部的兩個黑洞在碰撞後將可能形成雙黑洞系統。
如果銀河系和仙女星座發生碰撞，那麼會發生什麼呢？天文學家通過記錄黑洞的相對運動來揭示雙黑洞系統運動的規律，希望解開星系碰撞後雙黑洞系統的運動過程。
雙黑洞系統這奇異的天體系統，藏著許多不為人知的奧秘，隨著人類科技水平的不斷發展，它的神秘面紗也會逐漸被我們揭曉。