O gaura neagra este un object astronomic înconjurat de o suprafata limita în care câmpul gravitational este atât de puternic încât nimic nu poate scapa dupa ce a trecut de aceasta suprafata orizontul evenimentului. Radiatia electromagnetica (lumina de ex.) nu poate scapa dintr-o gaura neagra, asa încât interiorul unei gauri negre nu este vizibil, de aici provenind si numele. Gaura neagra are în centrul ei o regiune cunoscuta si ca „singularitate". La suprafata limita gravitatia este atât de mare, încât nici o raza de lumina n-are energie suficienta pentru a patrunde în afara. Deplasarea gravitationala spre rosu este la aceasta suprafata limita, infint de mare. Viteza de scapare gravitationala este la suprafata limita egala cu viteza lumini, asa încât raza suprafetei limita este egala cu raza traiectoriei circulare, numita raza Schwarzschild.





Cea mai simpla gaura neagra are masa, dar nu are moment cinetic. Aceste gauri negre sunt adesea denumite gauri neagre Schwarzschild dupa fizicianul Karl Schwarzschild, care a descoperit solutia ecuatiilor de câmp ale lui Einstein din 1915. Acesta a fost prima solutie exacta în teoria relativitatii generale din domeniul ecuatiilor lui Einstein care a fost descoperita, si în conformitate cu teorema relativitatii a lui Birkhoff numai solutia vacuum prezinta o simetrie sferica a spatiului-timp. Acest lucru înseamna ca nu exista nici o diferenta observabila între câmpul gravitational al unei astfel de gauri neagre si oricare alt obiect sferic de masa asemanatoare. Notiunea populara a unei gauri neagri ca "atrage tot în ea" din ceea ce exista în apropierea sa este, prin urmare corecta doar aproape de limita orizontului gaurii neagre; mai departe, câmpul gravitational extern este identic cu al oricarui alt corp cu masa asemanatoare.

În general solutiile gaurilor negre au fost descoperite mai târziu, în secolul 20. Solutia Reissner-Nordström descrie o gaura neagra cu sarcina electrica, în timp ce Kerr metrice randamentele o gaura neagra prin rotatie. Mai mult în general, cunoscut stationare solutie Black Hole, Kerr-Newman metrice, descrie atât de încarcare si, momentului cinetic.

Formarea
Când o stea de aproximativ 20 de ori mai mare ca soarele îsi epuizeaza "combustibilul" intra în colaps nemaiputând sa sustina toate reactiile ce au loc în interiorul ei. Ea explodeaza provocând o explozie de proportii numita supernova. Dar miezul stelei ramâne compact iar colapsul continua. Particulele miezului se zdrobesc una de alta din cauza propriei gravitatii pâna când tot ce ramâne este o gaura neagra.

O explicatie schematica a unei gauri negre ar fi urmatoarea:

Se cunoaste faptul ca masa distorsioneaza spatiul. Ce vrea sa înseamne asta? Daca spatiul ar fi un un plan întins pentru ca Terra sa poata exista în el, distorsioneaza. În locul unde se afla Pamântul spatiul nu mai este plan ci se produce o adâncitura. O gaura neagra produce o adâncitura extrem de mare în spatiu, care este din cauza adâncimii si da impresia de gaura.

Un exemplu practic ar fi urmatorul:

Avem un lac. Ne imaginam ca acesta reprezinta spatiul. Punem câteva sfere în el care plutesc si care reprezinta corpurile ceresti. Daca în lacul respectiv ar aparea un vârtej de apa foarte puternic si mai ales adânc, toata apa (care reprezinta spatiul), si odata cu el si sferele (corpurile ceresti) ar fi atrase în acel vârtej, puterea cu care apa (spatiul) se duce în vârtej fiind atât de mare încât sferelor le este imposibil sa scape.

Componenta si efectele
La marginea unei gauri negre este o "granita" invizibila numita orizontul evenimentului. Odata depasita aceasta granita nimic nu poate scapa din gaura neagra nici macar lumina, motiv pentru care ceea ce se întâmpla într-o gaura neagra este invizibil de unde provine si numele. În interiorul unei gauri negre, în ciuda aparentelor, se presupune ca este extrem de luminos, deoarece lumina este si ea prinsa în gaura neagra. Materia absorbita de gaura neagra este de asemenea acolo, fiind supusa la diverse efecte fizice si comprimata. În centrul unei gauri negre este unul dintre cele mai misterioase fenomene fizice: singularitatea. Singularitatea este un punct de volum ce tinde spre zero dar care contine o masa ce tinde spre infinit. În cazul unei gauri negre, singularitatea este masa unei întregi stele de minim 20 de ori mai mare ca Soarele nostru, concentrata într-un punct al spatiului. Singularitatea are o forta gravitationala colosala, ea dând forta de atractie a unei gauri negre.

O gaura neagra poate îngloba extrem de multa materie, în ciuda dimensiunilor ei nu tocmai mari, deoarece ea comprima materia. Materia pe care o gaura neagra nu intra în ea cu o traiectorie dreapta, ci rotindu-se în forma de spirala, apropiindu-se din ce în ce mai mult de gaura. În timp ce gaura neagra absoarbe multa materie din cauza rotirii acesteia in jurul gaurii, gaura neagra numai pare neagra din cauza culorii materiei care, în timp ce se roteste poate depasi de zeci de ori marimea gaurii negre. Dar gaura neagra ramâne în centrul cercului de materie, fiind vizibila.

O gaura neagra supermasiva este un adevarat "monstru" spatial. Ea este de milioane de ori mai mare decât o gaura neagra obisnuita si poate captura de miliarde de ori mai multa materie decât contine Soarele nostru. Acesti "monstri" pot absorbi galaxii întregi. Majoritatea galaxiilor de mari proportii (de ex: Calea Lactee) au în centrul lor o gaura neagra supermasiva.