Un buco nero costituisce una regione dello spaziotempo in cui il collasso gravitazionale è progredito a tal punto che si forma un orizzonte degli eventi—una ipersuperficie nulla che segna il confine causale oltre il quale la velocità di fuga è uguale o supera la velocità della luce nel vuoto, c ≈ 2.99792458 × 10⁸ m s⁻¹. All'interno di questo confine, tutte le geodetiche temporali e nulle dirette verso il futuro terminano in una singolarità centrale (nelle geometrie idealizzate di Schwarzschild o Kerr), dove la curvatura dello spaziotempo diventa infinita e la relatività generale classica si rompe. Secondo il teorema del no-hair (supportato da risultati di unicità per soluzioni stazionarie, assimetriche rispetto all'asse, di elettrovacuum delle equazioni di campo di Einstein), i buchi neri astrofisici sono completamente caratterizzati da soli tre parametri nella famiglia Kerr–Newman: Massa M Momento angolare specifico a = J/M (dove J è il momento angolare) Carica elettrica Q (tipicamente trascurabile nei contesti astrofisici, Q ≈ 0) Pertanto, i buchi neri osservati sono effettivamente oggetti Kerr (rotanti, non carichi) o Schwarzschild (non rotanti, non carichi). Recenti osservazioni ad alta precisione delle onde gravitazionali di fusioni di buchi neri binari (ad es., eventi analizzati nel 2025, inclusi GW250114) hanno rigorosamente testato e confermato la natura Kerr dei resti post-fusione, insieme al teorema dell'area di Hawking: l'area totale dell'orizzonte A = 4π(r₊² + a²) non può diminuire nel tempo, anche durante le fusioni, con l'area superficiale che aumenta come previsto (ΔA ≥ 0). L'orizzonte degli eventi stesso rimane causalmente disconnesso dagli osservatori esterni a causa del redshift gravitazionale infinito; la radiazione elettromagnetica emessa vicino o all'interno di r = r₊ (r₊ = M + √(M² - a²) in unità geometriche) è esponenzialmente soppressa. L'imaging diretto è quindi impossibile; invece, le osservazioni catturano l'emissione da materia nelle immediate vicinanze: Dischi di accrescimento — flussi di plasma geometricamente sottili o spessi che spiraleggiano verso l'interno, riscaldati a ~10⁶–10⁹ K da dissipazione viscosa e riconnessione magnetica, producendo radiazione termica e non termica attraverso bande X-ray a radio. Anello di fotoni — orbite di fotoni instabili a ~1.5 r₊ (per Schwarzschild) creano un anello luminoso e asimmetrico tramite il lensing gravitazionale dell'emissione del disco dal lato opposto. Getti relativistici — lanciati da processi di Blandford–Znajek o estrazione magnetoidrodinamica dell'energia rotazionale, spesso estendendosi da parsec a megaparsec. Il Telescopio Horizon degli Eventi (EHT) ha immaginato l'ombra e l'anello di fotoni di M87* (2019, affinato in campagne successive) e Sgr A* (2022, con studi di polarizzazione e variabilità in corso fino al 2025–2026), fornendo test diretti della gravità in campo forte, dell'effetto di trascinamento del riferimento (effetto Lense–Thirring) e della topologia del campo magnetico vicino all'orizzonte. Recenti progressi (2025–2026) includono: Conferma dell'aumento dell'area di Hawking nelle fusioni di anelli. Spettroscopia XRISM che rivela linee di ferro dominate dalla riflessione e distorte indicative di rotazione quasi massima (a ≈ 0.998) in sistemi in rapida rotazione. Scoperte JWST di buchi neri supermassicci eccessivi (SMBH) a z > 8 (ad es., in "piccole macchie rosse" e quasar primordiali), con masse ≳ 10⁸ M_⊙ entro ~500 Myr dopo il Big Bang, sfidando la crescita standard limitata da Eddington e favorendo semi pesanti/di collasso diretto o fasi di super-Eddington/iper-accrescimento. I buchi neri di massa stellare (∼3–100 M_⊙) si formano principalmente da collassi del nucleo in stelle massicce (M ≳ 20–30 M_⊙), mentre varianti di massa intermedia (10²–10⁵ M_⊙) e supermassiccia (10⁶–10¹⁰ M_⊙) probabilmente sorgono tramite fusioni gerarchiche, accrescimento di gas e meccanismi di semina nell'universo primordiale.