Черная дыра — область пространства-времени с настолько сильным гравитационным полем, что ничто, включая свет, не может ее покинуть. Граница, разделяющая черную дыру и внешнее пространство, называется горизонтом событий. Черная дыра возникает на финальных стадиях эволюции самых массивных звезд. На последних этапах своей жизни, когда у такой звезды заканчивается процесс горения ее химических элементов, ядро схлопывается и звезда коллапсирует. В результате коллапса, если ничто не может его остановить, возникает черная дыра. Типичная масса такого объекта превышает солнечную в десять раз.
За неимением наблюдательных данных, а также ввиду невозможности получить потенциальные сигналы из черной дыры, внутреннее ее устройство до сих пор остается неизвестным. Исходя из расчетов, возможно, что внутри каждой черной дыры находится сингулярность — точка пространства-времени, где его искривление (или некая другая физическая величина) достигает бесконечного значения.
Благодаря телескопам, работающим в рентгеновском и гамма-диапазонах, известно, что черные дыры являются достаточно распространенным явлением. Так, в центре Млечного пути была обнаружена сверхмассивная черная дыра, масса которой превышает массу Солнца в миллион раз. Предполагается, что каждая дыра обладает свойством излучения Хокинга — гипотетическим процессом испускания разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов. Согласно общей относительности , при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные черные дыры, а некоторые из них (с начальной массой 10¹² кг) должны были бы заканчивать испаряться сегодня. Так как интенсивность испарения растет с уменьшением размера черной дыры, то последние стадии должны были бы стать взрывом черной дыры. Пока таких взрывов зарегистрировано не было.
Впервые предположение о существовании черной дыры выдвинул ученый Джон Мичелл в 1783 году. Он утверждал, что если сжать Солнце до размеров около 6 км в диаметре, то свет не сможет его покинуть. Пьер-Симон Лаплас в своем труде «Изложение системы мира» 1796 года также фактически предсказал существование черных дыр. Сам термин был введен физиком-теоретиком Джоном Уилером в лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» в 1969 году.
В феврале 2016 года было объявлено, что в конце 2015 года впервые были зафиксированы гравитационные волны. Физики пришли к выводу, что они были порождены двумя черными дырами в последние доли секунды их слияния с образованием одной, более массивной, вращающейся черной дыры. Открытие окончательно подтвердило существование данных объектов.