Các nhà khoa học đã khám phá ra một số ngôi sao có vẻ đang quay quanh một không gian trống rỗng. Ví dụ, các sao đôi dao động astrometric binaries, thường là một ngôi sao nằm khá gần sao đồng hành và có thể được quan sát thấy đang dao động xung quanh một điểm chung nhưng lại không thấy được ngôi sao đồng hành của nó. Đối với một số sao đôi dao động, chỉ quan sát được một tập hợp những đường di chuyển tới lui. Các công thức toán học áp dụng cho những sao đôi thông thường cũng có thể đem áp dụng để tính ra khối lượng của ngôi sao đồng hành không quan sát thấy kia. Ngôi sao đồng hành có thể rất tối, vì vậy thực tế là không thể tìm ra hay bị che khuất bởi ánh sáng của ngôi sao thứ nhất kia, hay nó có thể là một vật thể không phát ra ánh sáng, thậm chí không phát ra bất kỳ một bức xạ điện từ nào, giống một sao neutron. Trong một số trường hợp, ta có thể đưa ra một giả thiết rằng trên thực tế ngôi sao đồng hành kia là một hố đen—một vật thể có sức hút hấp dẫn mạnh đến nỗi ánh sáng cũng không thể thoát khỏi nó. Có lẽ trường hợp ví dụ tốt nhất cho kiểu hệ này là Cygnus X-1, ở đó khối lượng của vật thể không thể thấy được kia gấp khoảng mười lần khối lượng Mặt Trời —vượt xa hơn rất nhiều so với khối lượng lý thuyết tối đa của một ngôi sao neutron, một ứng cử viên khác của ngôi sao đồng hành kia.