黑洞是根據現代的廣義相對論所預言的，在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體。黑洞是由質量足夠大的恆星在核融合反應的燃料耗盡而死亡後，發生引力塌縮而形成。黑洞質量是如此之大，它產生的引力場是如此之強，以至於任何物質和輻射都無法逃逸，就連光也逃逸不出來。由於類似熱力學上完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。在黑洞的周圍，是一個無法偵測的事件視界，標誌著無法返回的臨界點。
歷史上，法國物理學家拉普拉斯曾預言：「一個質量如250個太陽，而直徑為地球的發光恆星，由於其引力的作用，將不允許任何光線離開它。由於這個原因，宇宙中最大的發光天體，卻不會被我們看見」。
現代物理中的黑洞理論建立在廣義相對論的基礎上。由於黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測到黑洞。然而，可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。比如說，恆星在被吸入黑洞時會在黑洞周圍形成吸積氣盤，盤中氣體劇烈摩擦，強烈發熱，而發出X射線。藉由對這類X射線的觀測，可以間接發現黑洞並對之進行研究。迄今為止，黑洞的存在已被天文學界和物理學界的絕大多數研究者所認同。
目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量可以測量到：質量、電荷、角動量。也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一地確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。但是這個定理卻只是限制了古典理論，沒有否認可能有其他量子荷的存在，所以黑洞可以和大域單極或是宇宙弦共同存在，而帶有大域量子荷。
當大質量天體演化末期，其塌縮核心的質量超過太陽質量的3.2倍時，由於沒有能夠對抗引力的斥力，核心坍塌將無限進行下去，從而形成黑洞。（核心小於1.4個太陽質量的，會變成白矮星；介於兩者之間的，形成中子星）。天文學的觀測表明，在絕大部分星系的中心，包括銀河系，都存在超大質量黑洞，它們的質量從數百萬個直到數百億個太陽。
愛因斯坦的廣義相對論預測有黑洞解。其中最簡單的球對稱解為史瓦西度規。這是由卡爾·史瓦西於1915年發現的愛因斯坦方程式的解。
根據史瓦西解，如果一個重力天體的半徑小於一個特定值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦西半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出在任何慣性座標中，物質的速率都不可能超越真空中的光速，在史瓦西半徑以下的天體的任何物質，都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由於在史瓦西半徑內連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是絕對「黑」的。
就輻射譜而言，黑洞與有溫度的物體完全一樣，而黑洞所對應的溫度，則正比於黑洞視界的重力強度。換句話說，黑洞的溫度取決於它的大小。若黑洞只比太陽的幾倍重，它的溫度大約只比絕對零度高出億分之一度，而更大的黑洞溫度甚至更低。因此這類黑洞所發出的量子輻射，一律會被大爆炸所留下的2.7度輻射(宇宙背景輻射)完全淹沒。
事件視界又稱為黑洞的視界，事件視界以外的觀察者無法利用任何物理方法獲得事件視界以內的任何事件的資訊，或者受到事件視界以內事件的影響。事件視界是造成黑洞所以被稱為黑洞的根本原因，不過實際的觀測還沒有發現事件視界。
光子球是個零厚度的球狀邊界，光子只要切線闖入這個邊界內，雖然不一定會被黑洞所捕獲，但是會處在一個圓形的軌道裡面，無法逃脫黑洞的視界之外。對於非旋轉的黑洞來說，光子球大約史瓦西半徑的一點五倍。這個軌道不是穩定的，隨時會因為黑洞的成長而變動。
光子球之內光子依然有辦法脫離，但是對於外部的觀察者來說，任何觀察的到的由黑洞發出的光子，都必須處於事件視界與光子球之間。這也是反對黑洞存在的人所依據的的強烈反對事實之一，透過觀察光子球的光子能量，無法找到事件視界存在的證據。其他的緻密星如中子星、夸克星等也有光圈。
參考系拖曳圈（Ergosphere，又稱Frame Dragging或是Lense Thirring Effect，「蘭斯-蒂林效應圈」），轉動狀態的質量會對其周圍的時空產生拖拽的現象，這種現象被稱作參考系拖拽。旋轉黑洞才有參考系拖曳圈，也就是黑洞南北極與赤道在時空效應上有所不同，這會產生一些奇妙的效應來讓我們有機會斷定其實實在在是一顆黑洞的特徵之一。
觀測者可以利用光圈效應及參考系拖曳圈，觀測進入或脫離黑洞的光子的運動，透過間接的手段，例如粒子含量的分佈及Penrose Process（旋轉黑洞的能量拉出過程），來間接了解其重力的分佈，透過重力的分佈重新建立出其參考系拖曳圈。這種觀測方式，只有雙星以上的系統才能夠進行這樣的觀測。
黑洞周圍由於引力強大的因素，理論預期會發生時間場異常現象，這包含了周圍的參考系拖曳圈及事件視界效應。此外，由於時間物理學尚未發展，時間意義失效的區域，目前物理學還無能力進行探討。
黑洞的合併會發射強大的引力波，新的黑洞會因後座力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體。
原初黑洞是理論預言的一類黑洞，目前尚無直接證據支持原初黑洞的存在。宇宙大爆炸初期，宇宙早期膨脹之前，某些區域密度非常大，以至於宇宙膨脹後這些區域的密度仍然大到可以形成黑洞，這類黑洞叫做原初黑洞。原初黑洞的質量與密度不均勻處的尺度有關，因此原初黑洞的質量可以小於恆星坍塌生成的黑洞，根據霍金的理論，黑洞質量越小，蒸發越快。質量非常小的原初黑洞可能已經蒸發或即將蒸發，而恆星坍塌形成的黑洞的蒸發時標一般長於宇宙時間。天文學家期待能觀測到某些原初黑洞最終蒸時發出的高能伽瑪射線。
分類方法一：
- 超巨質量黑洞
- 到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
- 質量據說是太陽的數百萬至十數億倍。
- 小質量黑洞
- 質量為太陽質量的10至20倍，即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的3至15倍就會形成黑洞。
- 理論預測，當質量為太陽的40倍以上，可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。
- 中型黑洞
- 推論是由小質量黑洞合併形成，最後則變成超巨質量黑洞
- 中型黑洞是否真實存在仍然存疑。
分類方法二：根據黑洞本身的物理特性（質量、電荷、角動量）：
- 不旋轉不帶電荷的黑洞。它的時空結構於1916年由史瓦西求出稱史瓦西黑洞。
- 不旋轉帶電黑洞，稱R-N黑洞。時空結構於1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。
- 旋轉不帶電黑洞，稱克爾黑洞。時空結構由克爾於1963年求出。
- 一般黑洞，稱克爾-紐曼黑洞。時空結構於1965年由紐曼求出。
由於黑洞觀測有實際的困難度存在，宣稱某個星體是黑洞者，通常都只給出幾張模糊的照片或部分的數據，黑洞的所有特徵無法全面驗證，一般媒體報導實際僅有部分資訊，無法滿足專業天體物理的數據要求，因此天文數據庫當中，並沒有黑洞，僅有黑洞候選星。
否認黑洞存在的一些觀點
- 量子力學方面的反駁：黑洞中心的奇異點具有量子不穩定性，所以整個黑洞不可能穩定存在。
- 目前發現的黑洞是一些暗能量星：美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家喬治·錢普拉因等認為，目前發現的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。
- 某些使用與廣義相對論等價假設的延展理論可以推導出沒有奇點的緻密天體，同樣可以完善解釋所觀測到的強引力現象，而這些理論在大部分狀況下效應與廣義相對論等價，例如同樣具有重力透鏡效應。黑洞的存在於宇宙學上並非絕對必要，奇點的發生目前往往出自於物理理論上的物理數學工具不完備。
- 量子理論裡面，光子與希格氏玻色子並沒有直接交互作用，如果黑洞存在，對於光子的重力機制描述理論並不完善。黑洞如何吸引理論上不具質量的光子，確實是個疑問。而如果光子具有極微小的質量，光子受緻密星體影響的理論並不成問題，但廣義相對論卻需要進行修正。
帶電黑洞(或叫RN黑洞)顧名思義就是帶有電荷的黑洞，他與一般黑洞不同的是，帶電黑洞有兩個視界，當物體穿越第一層視界時就一定被強大的重力吸往第二層視界，然後被潮汐力給撕碎，並且任何關於物體的資訊都會消失的無影無蹤。如果帶電黑洞的電荷太多的的話，將會出現所謂的極端RN黑洞，對它再加上任何一點的電荷的話，它的視界將會消失，並留下一個裸奇異點，這種奇異點性質怪異，在在物理界產生了多矛盾。
旋轉帶電黑洞或自轉帶電黑洞，天文學名詞，是一種天體的稱謂，為有角動量及電荷的黑洞。
克爾黑洞（英文：Kerr black hole）是愛因斯坦場方程預言下的一類帶有角動量的黑洞，是二種旋轉黑洞（rotating black hole）中的一種。用來描述克爾黑洞的時空度規叫做克爾度規，是由紐西蘭數學家羅伊·克爾於1963年解出的。另一種是同時帶有角動量和電荷的黑洞，叫做克爾-紐曼黑洞（Kerr-Newman black hole）。相比於靜態的史瓦西黑洞，克爾黑洞更接近於實際物理上的黑洞，因為大多數恆星都具有一定的自轉角動量，當它們坍縮成黑洞時仍然會保留部分角動量。2006年天文學家對銀河系內的X射線雙星GRS 1915+105的觀測表明，其中的黑洞可能在以每秒1150次的頻率高速自轉，已經接近了理論上的極限。
英國著名物理學家斯蒂芬-霍金在接受BigThink網站採訪時表示，地球遲早要毀滅，而人類繼續生存的唯一機會是移居外太空。
霍金說他是樂觀主義者，而他在接受BigThink網站採訪時，卻並未讓我們對人類未來感到樂觀。他表示，除非人類開始在外太空居住，否則會從地球上消失。霍金說：“如果能在未來兩百年裡避開災難的侵襲，人類應該就安全了，那時我們可以移居到太空。”霍金同時指出，在這兩百年裡，人類面臨的危機次數可能超過以往任何時候。
霍金對人類消耗有限的自然資源的方式憂心忡忡。他說，人類天生“具有自私和侵略性的本能”，這種本能幫助人類在歷史上無數次災難中幸存下來。霍金表示，人類長期生存的唯一機會不是局限於地球，而是應該擴展至太空。人類大規模移民外太空實難想象，但是，霍金認為這關系到人類未來的生存。他說：“人類不應該將所有的雞蛋都放在一個籃子裡，或一個星球上。希望我們可以將籃子容量擴大后再將其扔掉。”
美國知名科技博客作者克裡斯-馬特斯治科(Chris Matyszczyk)表示，他想搞清楚霍金對人類未來的最新觀點是否存在矛盾之處。不久以前，霍金曾暗示，外星人可能仇恨人類，有一天會將我們消滅。於是，馬特斯治科反問，我們探索宇宙難道是預感到那裡要爆發事關人類生存的大規模“太空戰”？我們難稱精良的裝備難道可以贏得這場戰爭？
后來，霍金又表示，時空旅行真的有可能實現。在這種情況下，我們是否可以不進入他們的時區，從而避免與仇恨人類的外星人開戰？問題是，如果外星人也具備時空旅行的能力，在過去和未來到處追殺人類，那又該怎麼辦？無論如何，如果絕大多數人甚至整個人類最終到達外太空而非繼續留在地球，人類生活肯定會與現在截然不同。
以色列特拉維夫大學哈蓋·海茨爾教授和他的學生本尼·特拉克頓布羅特最近研究証實，最大質量黑洞的第一次迅速生長發生在宇宙誕生約12億年的時候，而不是以前認為的20億年—40億年，且生長速率很快。包括銀河系在內的宇宙中大部分星系都有超大質量黑洞存在，其質量范圍從100萬—100億個太陽那麼大。黑洞處於“活躍”期時，大量氣態物質落入其中並發出輻射。為了發現黑洞，天文學家們尋找了大量發自這些氣態物質的輻射，並認為使氣態物質“落入”大質量黑洞是黑洞的生長方式。
新研究所依據的觀察資料來自世界上最大的幾個地基望遠鏡：位於夏威夷毛納科山頂的“雙子北”和智利塞羅帕拉那的甚大望遠鏡矩陣。根據望遠鏡上的先進儀器所獲得的數據顯示，當宇宙達到12億歲時，黑洞處於活躍期，此時隻有后期所觀察到的最大質量黑洞的約十分之一大小。然而它們的生長速度要比后來幾次活躍期快很多，研究人員據此估計，這次生長也比后來幾次更早得多。
研究小組還發現了最早產生的第一批黑洞，它們在宇宙隻有幾億歲時，就開始了全盛生長過程，它們中很多隻有太陽質量的100倍—1000倍。這些黑洞和宇宙中的第一代恆星也有關聯。根據觀察資料，他們發現在第一個12億年的生長期之后，還有下一個生長期，持續了僅1億年—2億年。7年來，特拉維夫大學一直在追蹤最大質量黑洞的進化，並將其與包含黑洞物質的星系的進化進行對比，新發現成為7年來最重大發現。
美國國家航空航天局（NASA）利用繞地球軌道飛行的費米伽瑪射線太空望遠鏡，科學家在銀河系中心觀察到了過去從未發現的、跨度為5萬光年的天體結構，它可能是銀河系中心超級黑洞噴發的殘余物質。美國哈佛-史密森天體物理中心天文學家道格·芬克貝奈首先觀察到該天體結構。他表示，所觀察到的天體結構為分布在銀河系中心南北方向的兩個發射伽瑪射線的天體泡，其各自的跨度為2.5萬光年。目前還不了解它們的特性和起源。據悉，新發現的天體結構橫跨半個天空，從處女座延伸至天鶴座，如果連在一起相當於整個銀河系直徑的一半。科學家認為其存在的時間可能長達數百萬年。
通常，當粒子在近光速運動，與銀河系中的光和星際氣體相互作用時，便會產生伽瑪射線霧團。其他研究伽瑪射線的天文學家沒有發現新天體，其原因在於整個天空存在著伽瑪射線霧團。負責費米伽瑪射線太空望遠鏡伽瑪射線探測的科學家通過不斷改進研究模型，從而找到了新的伽瑪射線源。芬克貝奈和他的研究小組經過多方面的評估，分離出他們需要的數據，最終發現了新天體結構。
目前，科學家正在進行更多的分析，以便深入了解這種從未觀察到的天體結構是如何形成的。與銀河系中存在的伽瑪射線霧團相比，新發現的天體結構的伽瑪射線要強得多。此外，該天體還具有清晰的邊界。從其結構外形和伽瑪射線輻射強度來看，它可能是巨大和快速能量釋放的結果。
關於新天體結構起源的問題，可能的解釋之一是它源於銀河系中心超重黑洞的粒子噴射。在許多星系中，天文學家均觀察到受落向中心黑洞物質驅動的快速粒子噴射。盡管沒有証據顯示當前的銀河系黑洞噴射出了粒子，但這也許曾經發生過。芬克貝奈說，如果真是如此，“這很可能成為人們首次在銀河系中心發現黑洞活動的証據” 。而另一解釋是，新天體也許因恆星形成時爆發出的氣體而產生，在一次銀河系中心發生於數百萬年前的爆發中，生成了許多大質量的星團。
科學家們目前正在深入分析新發現的巨型天體，以揭示出對銀河系以及宇宙來說這種現象所具有的意義。“無論這兩個巨型氣泡背后的能量來源是什麼，它都會涉及到天體物理學中很多深層次的問題。”普林斯頓大學天體物理學系主任大衛·斯珀格爾說。
在黑洞中即使是光也無法逃脫引力束縛，黑洞僅能通過其他物質受到牽引力才可探測到其存在。雖然黑洞自身是人類肉眼所看不見的，但其周圍區域受強大的磁場和引力作用，人類可觀測到黑洞作用下所釋放的的發光放射物質。像超級明亮的宇宙射線、等離子流和伽馬射線暴可連續不斷地釋放到宇宙中，科學家試圖揭示這些神秘物質的具體來源，目前他們發現這些放射線物質可由黑洞產生。
黑洞是極端密集的宇宙物質擠壓在宇宙空間的一個區域，在其中心位置，所有物質被擠壓成一個無限密集的零體積空間，也被稱為“奇點（singularity）”。在這裡引力的牽引作用被認為無限強大，扭曲時空至無限曲線。研究人員稱，然而對於黑洞內部所發生的奇特進程，如果你距離黑洞足夠遠，可以將黑洞當成任何宇宙目標。這意味著相同質量的黑洞可代替太陽，除地球缺乏太陽光無法維持生命存在之外，太陽系其它的恆星仍能正常地運行。黑洞被認為形成於非常大質量恆星爆炸死亡的過程中，當一顆恆星耗盡其燃料，在引力壓毀力的內向爆破中將形成一個質量非常密集的球體，最終質量逐漸減少形成一個黑洞。期間，垂死恆星的最外層將在超新星的強烈爆炸中脫離。
黑洞是射線、伽馬射線暴和噴射流的“發電站”科學家認為宇宙中許多能量是在超新星爆炸和黑洞形成過程中釋放的，該能量可以加速宇宙粒子，使宇宙射線以接近光線穿梭宇宙之中。同時，黑洞和超新星還可以產生叫做“伽馬射線暴”的高能量伽馬射線閃光，它是人類迄今觀測到的宇宙最明亮現象。伽馬射線暴很可能是在超大質量、快速旋轉恆星以超新星爆炸的方式崩潰成為一個黑洞的過程形成，伴隨著釋放短暫而強烈的伽馬射線束。
在距離地球遙遠的耀變星系中熾熱帶電氣體和噴射流也是黑洞的產物，耀變星系的狀況如同其中心區域擁有超大質量黑洞，能以極端的方式扭曲時空。當灰塵和氣體受到黑洞的吸引力時，它們被黑洞周圍的反向扭曲磁場加速向外噴射，以人類肉眼在宇宙中可觀測發光噴射流的形式存在。
美國阿拉巴馬州特洛伊大學物理學教授戈文德－梅諾（Govind Menon）說：“我們研究發現黑洞具有一種電池機制，從旋轉黑洞中可釋放大量能量，它也是高能量伽馬射線的主要來源。這是近十年來高能天文學和天體粒子物理學領域的一項重大科學發現！”據悉梅諾在新書《來自黑洞的高能放射線：伽馬射線、宇宙射線和中微子》中詳細講解了這項研究，11月4日，他和天體物理學家查爾斯－德恩（Govind Menon）在美國華盛頓召開的2009年“費米爾”專題討論會上做了專題報告。他們還指出未來關於黑洞更多的秘密將由費米爾伽馬射線太空望遠鏡、南極冰核中微子實驗、地面基礎TeV (1000 GeV)伽馬射線探測器以及皮埃爾宇宙射線觀測台來揭曉。
人類究竟起源於哪裡？天文學家認為，整個地球都是由環繞早期太陽的塵埃造的，太陽系中的固態物質概莫如此。但是塵埃本身又從哪裡來呢？這一直是個未解之謎。最近，英國曼徹斯特大學的研究人員認為，他們已解開了這個塵埃來源的謎團，答案就是黑洞。
現代太空塵埃由100億年前形成的恆星噴發而來，但這些恆星在45億年前太陽系形成時都還太年輕，因此不可能產生如此多的塵埃。宇宙間的早期塵埃肯定還來自其它什麼地方。研究人員假想類星體就是早期塵埃的可能來源，並通過“斯皮策”太空望遠鏡，對一顆距離地球80億光年的被稱為PG2112+059的類星體進行了更為細致的觀察。
研究人員通過對少量塵埃放射的紅外線進行光譜分析發現，PG2112+059類星體周圍的塵埃含有大量形成岩石的礦物，包括硅晶石（基本上是小沙粒）和被稱作剛玉的鋁氧化物（人們熟知的紅寶石和藍寶石的主要成分）以及被稱作方鎂石的鎂氧化物（存在於大理石中）。這些物質可能是構成恆星、行星和生命不可缺少的宇宙塵埃的重要來源。這些礦物質肯定是類星體產生的，因為在外太空的惡劣條件下，它們的晶狀結構很難長時間存在，宇宙射線會將它們毀滅成不定形的玻璃狀形態，這表明它們是剛形成的。而且，此前在太空塵埃中從未偵測到剛玉和方鎂石。塵埃與類星體的這種關聯，為類星體創造塵埃的觀點提供了強有力的証據。
類星體是被模糊的環狀星雲和大量放射線環繞的特大質量的黑洞。它們是已知的最為活躍的、正在形成中的星系。它們緊隨宇宙伊始而形成，並因類星體是巨大的無線電波發射源而進入天文學家的視野。物質被吸入黑洞，在下落過程中釋放能量，產生無線電波（還有大量其它射線）。但並不是所有的這種物質都被吞噬進去了，部分物質經過烘烤、轉化又被回吐出來。宇宙中的這場拔河比賽從未停止，從而導致恆星的高速形成和新元素的誕生。
研究人員計劃在其它類星體周圍尋找塵埃的蹤影，以進一步証明他們的發現。他們表示，也有可能類星體並不是早期宇宙中唯一的塵埃來源，人類可能就是一微塵土，不過卻最終發展出了一段段激蕩人心的歷史。。。
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