แรงโน้มถ่วง เนื่องจากดาวฤกษ์มีมวลมากและเกิดจากแก๊ส จึงมีสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง ซึ่งพยายามทำให้ดาวยุบตัวอยู่เสมอ ปฏิกิริยาฟิวชันที่เกิดขึ้น ในแกนกลางเปรียบเสมือนระเบิดฟิวชันขนาดใหญ่ ที่พยายามระเบิดดาวฤกษ์ ความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงระเบิด คือสิ่งที่กำหนดขนาดของดาว เมื่อดาวฤกษ์ดับลง ปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชันจะหยุดลงเพราะเชื้อเพลิง สำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกเผาไหม้
ในขณะเดียวกัน แรงโน้มถ่วงของดาวจะดึงสสารเข้ามา และบีบอัดแกนกลาง เมื่อแกนกลางบีบอัด มันจะร้อนขึ้นและในที่สุด ก็สร้างการระเบิดของซูเปอร์โนวา ซึ่งวัสดุและการแผ่รังสีจะระเบิดออกไปสู่อวกาศ สิ่งที่เหลืออยู่คือแกนกลางที่มีการบีบอัดสูงและมีขนาดใหญ่มาก แรงโน้มถ่วงของแกนกลางนั้นแข็งแกร่งมาก จนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกไปได้
เนื่องจาก แรงโน้มถ่วง ของแกนกลาง นั้นแข็งแกร่งมาก แกนกลางจึงจมลงไป ในเนื้อผ้าของกาลอวกาศทำให้เกิดช่องว่างในอวกาศ นี่คือสาเหตุที่วัตถุถูกเรียกว่าหลุมดำ แกนกลางจะกลายเป็นส่วน ศูนย์กลางของหลุมดำที่เรียกว่าซิงกูลาริตี การเปิดของหลุมเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ คุณอาจนึกถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ว่าเป็นปากของหลุมดำ เมื่อบางสิ่งผ่านพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์ไปแล้ว มันก็หายไปโดยดี
เมื่ออยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ เหตุการณ์ ทั้งหมด จะหยุดลง และไม่มีสิ่งใด เล็ดลอดออกไปได้ รัศมีของขอบฟ้าเหตุการณ์เรียกว่ารัศมีชวาร์สชิลด์ซึ่งตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์คาร์ล ชวาร์สชิลด์ ซึ่งผลงานของเขานำไปสู่ทฤษฎีหลุมดำ ประเภทของหลุมดำมี 2 ประเภท คาร์ล ชวาทซ์ชิ หลุมดำที่ไม่หมุน เคอร์ หลุมดำหมุน หลุมดำคาร์ล ชวาทซ์ชิเป็นหลุมดำที่ง่ายที่สุด ซึ่งแกนกลางไม่หมุน หลุมดำประเภทนี้มีเพียงเอกฐาน และขอบฟ้าเหตุการณ์เท่านั้น
หลุมดำ เคอร์ซึ่งน่าจะเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดในธรรมชาติ หมุนเพราะดาวที่ก่อตัวขึ้นกำลังหมุน เมื่อดาวฤกษ์หมุนยุบตัวลง แกนกลางจะยังคงหมุนต่อไป และสิ่งนี้จะส่งต่อไปยังหลุมดำ การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม หลุมดำเคอร์มีส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้ เอกพจน์ทางเทคโนโลยี แกนกลางที่ยุบตัว ขอบฟ้าเหตุการณ์ การเปิดของหลุม เออร์โกสเฟียร์ พื้นที่รูปทรงไข่ที่บิดเบี้ยวรอบขอบฟ้าเหตุการณ์ การบิดเบี้ยวเกิดจากการหมุนของหลุมดำ ซึ่งลากพื้นที่รอบๆ หลุมดำ
ขีดจำกัดคงที่ ขอบเขตระหว่างเออร์โกสเฟียร์และพื้นที่ปกติ หากวัตถุผ่านเข้าไปในเออร์โกสเฟียร์วัตถุนั้นยังสามารถถูกขับออกจากหลุมดำได้โดยได้รับพลังงานจากการหมุนของหลุม อย่างไรก็ตาม หากวัตถุข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ วัตถุ นั้นจะถูกดูดเข้าไปในหลุมดำและไม่มีทางหนีออกไปได้ เกิดอะไรขึ้นภายในหลุมดำนั้นไม่เป็นที่รู้จัก แม้แต่ทฤษฎีทางฟิสิกส์ในปัจจุบันของเราก็ไม่สามารถนำมาใช้กับภาวะเอกฐานได้
แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นหลุมดำ แต่ก็มีคุณสมบัติ 3 ประการ ที่สามารถตรวจวัดได้ มวล ค่าไฟฟ้า อัตราการหมุน โมเมนตัมเชิงมุม เราสามารถวัดมวลของหลุมดำได้อย่างน่าเชื่อถือจากการเคลื่อนที่ของวัตถุอื่นๆรอบหลุมดำ เท่านั้น หากหลุมดำมีดาวฤกษ์ดวงอื่นหรือจานของวัตถุอื่นอยู่ร่วม ก็จะสามารถวัดรัศมีการหมุนหรือความเร็วของวงโคจร ของวัตถุรอบหลุมดำที่มองไม่เห็นได้
มวลของหลุมดำสามารถคำนวณได้ โดยใช้กฎข้อที่สามดัดแปลงของเคปเลอร์ของการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ หรือการเคลื่อนที่แบบหมุน แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นหลุมดำ แต่เราสามารถตรวจจับหรือเดาได้ว่ามีหลุมดำอยู่หรือไม่โดยการวัดผลของมันต่อวัตถุรอบๆอาจใช้เอฟเฟ็กต์ต่อไปนี้ การประมาณมวลจากวัตถุที่โคจรรอบหลุมดำหรือหมุนวนเข้าสู่แกนกลาง เอฟเฟกต์เลนส์ความโน้มถ่วง รังสีที่ปล่อยออกมา และมวล
หลุมดำหลายแห่งมีวัตถุอยู่รอบๆพวกมัน และโดยการดูพฤติกรรมของวัตถุ คุณจะสามารถตรวจจับได้ว่ามีหลุมดำอยู่หรือไม่ จากนั้นคุณใช้การวัดการเคลื่อนที่ของวัตถุรอบๆหลุมดำที่ต้องสงสัยเพื่อคำนวณมวลของหลุมดำ สิ่งที่คุณมองหาคือดาวฤกษ์หรือจานก๊าซที่มีลักษณะเหมือนมีมวลขนาดใหญ่อยู่ใกล้ๆตัวอย่างเช่น หากดาวฤกษ์หรือจานก๊าซที่มองเห็นมีการเคลื่อนที่แบบ โยกเยก หรือหมุนวน และไม่มีเหตุผลที่มองเห็นได้สำหรับการเคลื่อนที่นี้
และสาเหตุที่มองไม่เห็นมีผลที่ดูเหมือนจะเกิดจากวัตถุที่มีมวลมากกว่าสาม มวลดวงอาทิตย์ ใหญ่เกินกว่าจะเป็นดาวนิวตรอน เป็นไปได้ว่าหลุมดำเป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ จากนั้นคุณประมาณมวลของหลุมดำโดยดูจากผลกระทบที่มีต่อวัตถุที่มองเห็น ตัวอย่างเช่น ในแกนกลางของกาแลคซี NGC 4261 มีจานสีน้ำตาลรูปร่างคล้ายก้นหอยที่กำลังหมุนอยู่ ดิสก์มีขนาดประมาณระบบสุริยะของเรา แต่หนักกว่าดวงอาทิตย์ถึง 1.2 พันล้านเท่า
เลนส์แรงโน้มถ่วง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายว่าแรงโน้มถ่วงอาจทำให้อวกาศบิดงอได้ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันในภายหลังระหว่างสุริยุปราคาเมื่อมีการวัดตำแหน่งของดาวก่อน ระหว่าง และหลังเกิดคราส ตำแหน่งของดาวเปลี่ยนไปเพราะแสงจากดาวถูกแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์หักเห ดังนั้น วัตถุที่มีแรงดึงดูดมหาศาล เช่น กาแล็กซีหรือหลุมดำ ระหว่างโลกกับวัตถุที่อยู่ห่างไกลอาจทำให้แสงจากวัตถุที่อยู่ห่างไกลเบนความสนใจไปที่จุดโฟกัสได้
เช่นเดียวกับเลนส์ เอฟเฟกต์นี้สามารถเห็นได้ในภาพด้านล่าง ในภาพความสว่างของ MACHO-96-BL5 เกิดขึ้นเมื่อเลนส์แรงโน้มถ่วงผ่านระหว่างมันกับโลก เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมองดูวัตถุนั้น เห็นภาพวัตถุสองภาพอยู่ใกล้กัน ซึ่งบ่งชี้ถึงผลกระทบของเลนส์ความโน้มถ่วง วัตถุที่ขวางอยู่นั้นมองไม่เห็น ดังนั้นจึงสรุปได้ว่ามีหลุมดำผ่านระหว่างโลกกับวัตถุ รังสีที่ปล่อยออกมา เมื่อสสารตกลงไปในหลุมดำจากดาวฤกษ์ข้างเคียง
มันจะได้รับความร้อนถึงล้านองศาเคลวินและถูกเร่งขึ้น วัสดุที่มีความร้อนยวดยิ่งจะปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ รังสีเอกซ์ เช่น หอดูดาวรังสีเอกซ์จันทราที่โคจรอยู่ ดาวซิกนัส เอกซ์-1 เป็นแหล่งรังสีเอกซ์ที่แข็งแกร่งและถือเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับหลุมดำ ตามภาพด้านบนลมดาวฤกษ์จากดาวคู่หู HDE 226868 พัดวัสดุไปยังจานสะสมมวลรอบหลุมดำ เมื่อวัสดุนี้ตกลงไปในหลุมดำ มันจะปล่อยรังสีเอกซ์ดังที่เห็นในภาพนี้
นอกจากรังสีเอกซ์แล้ว หลุมดำยังสามารถขับวัสดุต่างๆออกมาด้วยความเร็วสูงเพื่อสร้างไอพ่น กาแล็กซีจำนวนมากได้รับการสังเกตด้วยไอพ่นดังกล่าว ปัจจุบัน คิดว่ากาแลคซีเหล่านี้มีหลุมดำมวลมหาศาล มวลดวงอาทิตย์หลายพันล้านเท่า ที่ใจกลางของพวกมันซึ่งผลิตเจ็ตเช่นเดียวกับการปล่อยคลื่นวิทยุ ที่แรงมาก ตัวอย่างหนึ่งคือกาแล็กซี M87
สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าหลุมดำไม่ใช่เครื่องดูดฝุ่นของจักรวาล พวกมันจะไม่กินทุกสิ่ง แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นหลุมดำ แต่ก็มีหลักฐานทางอ้อมว่ามันมีอยู่จริง พวกมันเกี่ยวข้องกับการเดินทางข้ามเวลา และรูหนอนและยังคงเป็นวัตถุที่น่าสนใจในจักรวาล
บทความที่น่าสนใจ : นิวเคลียร์ การศึกษาการขโมยระเบิดนิวเคลียร์ทำได้ง่ายแค่ไหน
