A�black hole�is a region of space from which nothing, including�light, can escape.�According to the�general theory of relativity, it is the result of the curving of�spacetime�caused by a very�dense�mass. Around a black hole there is a position of no return, called the�event horizon. It is called "black" because it absorbs all the light that hits it, reflecting nothing, just like a perfect�black body�in�thermodynamics.�Under the theory of�quantum mechanics�black holes have a�temperature�and emit�Hawking radiation, which makes them slowly get smaller. Astronomers have identified numerous stellar black hole candidates, and have also found evidence of�supermassive black holesat the center of every galaxy.

Secondo la relativit� generale, si definisce buco nero, una regione dello spaziotempo con un campo gravitazionale cos� forte e intenso che nulla al suo interno pu� sfuggire all'esterno, nemmeno la luce. Da questa caratteristica, deriva l'aggettivo "nero", dal momento che un buco nero non pu� emettere luce. Dal fatto che nessuna particella pu� sfuggirgli (nemmeno i fotoni), una volta catturata, risulta invece appropriato il termine "buco". Un corpo celeste con questa propriet� risulterebbe, quindi, invisibile e la sua presenza potrebbe essere rilevata solo indirettamente, tramite gli effetti della materia che precipita nel suo intenso campo gravitazionale.

Verso la fine del proprio ciclo vitale, dopo aver consumato tramite fusione nucleare il 90% dell'idrogeno trasformandolo in elio, nel nucleo della stella si arrestano le reazioni nucleari . La forza gravitazionale, che prima era in equilibrio con la pressione generata dalle reazioni di fusione nucleare, prevale e comprime la massa della stella verso il suo centro. Quando la densit� diventa sufficientemente elevata pu� innescarsi la fusione nucleare dell'elio, in seguito alla quale c'� la produzione di litio, azoto e altri elementi. Durante questa fase la stella si espande e si contrae violentemente pi� volte espellendo parte della propria massa. Le stelle pi� piccole si fermano ad un certo punto della catena e si spengono. Raffreddandosi e contraendosi lentamente, attraversano lo stadio di nana bianca e nel corso di molti milioni di anni diventano una sorta di gigantesco pianeta. Se invece il nucleo della stella supera una massa critica, pari a 1,44 volte la massa solare, le reazioni possono arrivare fino alla sintesi del ferro. La reazione che sintetizza il ferro per la formazione di elementi pi� pesanti � endotermica, richiede energia invece che emetterne, quindi il nucleo della stella diventa una massa inerte di ferro e non presentando pi� reazioni nucleari non c'� pi� nulla in grado di opporsi al collasso gravitazionale. Durante l'esplosione, il rimanente della stella espelle gran parte della propria massa, che va a disperdersi nell'universo circostante. Quello che rimane � un nucleo estremamente denso e massiccio. Se la sua massa � abbastanza piccola da permettere alla pressione di degenerazione di contrastare la forza di gravit� si arriva ad una situazione di equilibrio e si forma una stella di neutroni. Se la massa supera le tre masse solari non c'� pi� niente che possa contrastare la forza gravitazionale. Inoltre, secondo la Relativit� generale, la pressione interna non viene pi� esercitata verso l'esterno (in modo da contrastare il campo gravitazionale), ma diventa essa stessa una sorgente del campo gravitazionale rendendo cos� inevitabile il collasso infinito formandosi cos� un vero e proprio buco nero.

In astrofisica, il teorema dell'essenzialit�, postula che tutte le soluzioni del buco nero nelle equazioni di Einstein-Maxwell sulla gravitazione e l'elettromagnetismo nella relativit� generale possano essere completamente caratterizzate soltanto da tre parametri classici esternamente osservabili: massa, carica elettrica, e momento angolare. Tutte le altre informazioni riguardanti la materia di cui � formato un buco nero o sulla materia che vi sta cadendo dentro "spariscono" dietro il suo orizzonte degli eventi e sono dunque permanentemente inaccessibili agli osservatori esterni. Due buchi neri che condividono queste stesse propriet�, o parametri, sono indistinguibili secondo la meccanica classica. Queste propriet� sono speciali perch� sono visibili dall'esterno di un buco nero. Ad esempio, un buco nero carico respinge un altro con la stessa carica, proprio come qualsiasi altro oggetto carico. Allo stesso modo, la massa totale all'interno di una sfera contenente un buco nero pu� essere trovata utilizzando l'analogo gravitazionale della legge di Gauss.

La caratteristica distintiva di un buco nero � la comparsa di un orizzonte degli eventi, un confine spazio-temporale attraverso il quale la materia e la luce possono passare solo verso l'interno del buco nero. Nulla, nemmeno la luce, pu� sfuggire dall'orizzonte degli eventi. L'orizzonte degli eventi � indicato come tale, perch� se un evento si verifica entro i suoi confini, le informazioni da tale evento non possono raggiungere un osservatore esterno, rendendo impossibile determinare se si sia effettivamente verificato. Come predetto dalla relativit� generale, la presenza di una massa deforma lo spazio-tempo in modo tale che i percorsi seguiti dalle particelle piegano verso la massa del buco. All'orizzonte degli eventi di un buco nero, questa deformazione diventa cos� forte che non esistono percorsi per sfuggire al buco nero. Per un osservatore distante, un orologio vicino a un buco nero sembra ticchettare pi� lentamente rispetto a quelli pi� lontani dal buco nero. A causa di questo effetto, noto come dilatazione temporale gravitazionale, un oggetto che cade in un buco nero sembra rallentare come si avvicina l'orizzonte degli eventi, impiegando un tempo infinito per raggiungerlo. Infine, in prossimit� dell'orizzonte degli eventi, l'oggetto in caduta emette cos� poca luce che non pu� pi� essere visto. D'altra parte, un osservatore in caduta in un buco nero non nota nessuno di questi effetti mentre attraversa l'orizzonte degli eventi. Secondo il suo personale orologio, attraversa l'orizzonte degli eventi dopo un tempo finito senza notare alcun comportamento singolare. In particolare, non � in grado di determinare esattamente quando lo attraversa, come � impossibile determinare la posizione dell'orizzonte degli eventi da osservazioni locali.

Al centro di un buco nero si trova una singolarit� gravitazionale, una regione in cui la curvatura dello spazio diventa infinita. Per un buco nero non rotante, questa regione prende la forma di un unico punto, mentre per un buco nero rotante si viene a creare una singolarit� ad anello giacente nel piano di rotazione. In entrambi i casi, la regione singolare ha volume pari a zero. Tramite l�applicazione di determinate formule matematiche si pu� dimostrare che la regione singolare contiene tutta la massa del buco nero. La regione singolare pu� quindi essere pensata come avente densit� infinita. Dei corpi che cadono in un buco nero non rotante e non carico, non possono evitare di essere trasportati nella singolarit�, una volta che attraversano l'orizzonte degli eventi. Quando raggiungono la singolarit�, i corpi vengono compressi a densit� infinita e la loro massa viene aggiunta alla massa totale del buco nero. Prima che ci� accada, essi sono comunque stati fatti a pezzi dalle crescenti forze in un processo a volte indicato come spaghettificazione o "effetto pasta". Nel caso di un buco nero rotante o carico, � possibile evitare la singolarit�. Estendendo queste soluzioni per quanto possibile, si rivela la possibilit� ipotetica di uscire dal buco nero verso una dimensione spazio-temporale differente, con il buco che funge da tunnel spaziale. La possibilit� di viaggiare verso un altro universo � per� solo teorica, poich� una qualsiasi perturbazione pu� distruggere questa possibilit�. Sembra inoltre che sia possibile seguire le curve spaziotemporali chiuse di tipo tempo (tornando al proprio passato) che portano a problemi di causalit�, come il paradosso del nonno. Si prevede che nessuno di questi effetti particolari possano verificarsi in un corretto trattamento quantico di buchi neri rotanti e carichi.