De acordo com a
Teoria da Relatividade Geral, um
buraco negro é uma região do
espaço da qual nada, nem mesmo
partículas que se movem na
velocidade da luz, podem escapar. Este é o resultado da deformação do
espaço-tempo, causada após o colapso gravitacional de uma estrela, com uma
matéria astronomicamente maciça e, ao mesmo tempo, infinitamente compacta e que, logo depois, desaparecerá dando lugar ao que a Física chama de
Singularidade, o coração de um
buraco negro, onde o tempo para e o espaço deixa de existir. Um
buraco negro começa a partir de uma superfície denominada
horizonte de eventos, que marca a região a partir da qual não se pode mais voltar. O adjetivo
negro em
buraco negro se deve ao fato deste não refletir a nenhuma parte da luz que venha atingir seu horizonte de eventos, atuando assim como se fosse um
corpo negro perfeito em termodinâmica.
Acredita-se, também, com base na
mecânica quântica, que buracos negros emitam
radiação térmica, da mesma forma que os corpos negros da termodinâmica a
temperaturas finitas. Esta temperatura, entretanto, é inversamente proporcional à
massa do buraco negro, de modo que observar a radiação térmica proveniente destes objetos torna-se difícil quando estes possuem massas comparáveis às das
estrelas.
Apesar de praticamente invisíveis, os buracos negros podem ser detectados por meio de sua interação com a matéria em sua vizinhança. Pode-se detectar um buraco negro pelo efeito de sua massa sobre o movimento de estrelas em uma dada região do espaço. Pode-se também detectar um buraco negro pela
radiação emitida enquanto traga uma
estrela companheira, que se deforma para o círculo de acresção, deixando escapar parte da radiação pelos choques de sua matéria e radiação no turbilhão do redemoinho que se forma, como a névoa sobre um redemoinho de água, "espirrando" do horizonte de eventos e escapando da gravidade do buraco negro aquecida a altas
temperaturas. No final de 2015, pesquisadores do projeto
LIGO (
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) observaram "distorções no espaço e no tempo" causadas por um par de
buracos negros com 30
massas solares em processo de fusão.