Một lỗ đen là một vùng không-thời gian nơi sự sụp đổ trọng lực đã diễn ra đến mức mà một chân trời sự kiện hình thành—một siêu bề mặt null đánh dấu ranh giới nguyên nhân mà vượt qua đó vận tốc thoát bằng hoặc vượt quá tốc độ ánh sáng trong chân không, c ≈ 2.99792458 × 10⁸ m s⁻¹. Bên trong ranh giới này, tất cả các đường geodesic thời gian hướng về tương lai và null đều kết thúc tại một điểm kỳ dị trung tâm (trong các hình học lý tưởng hóa Schwarzschild hoặc Kerr), nơi độ cong không-thời gian trở nên vô hạn và thuyết tương đối tổng quát cổ điển bị phá vỡ. Theo định lý không tóc (được hỗ trợ bởi các kết quả duy nhất cho các giải pháp điện-vacuum trạm thái, đối xứng trục của các phương trình trường Einstein), các lỗ đen thiên văn được đặc trưng hoàn toàn bởi chỉ ba tham số trong gia đình Kerr–Newman: Khối lượng M Động lượng góc cụ thể a = J/M (trong đó J là động lượng góc) Điện tích Q (thường không đáng kể trong các bối cảnh thiên văn, Q ≈ 0) Do đó, các lỗ đen quan sát được thực chất là các đối tượng Kerr (xoay, không có điện tích) hoặc Schwarzschild (không xoay, không có điện tích). Các quan sát sóng hấp dẫn chính xác cao gần đây về các vụ hợp nhất lỗ đen đôi (ví dụ, các sự kiện được phân tích vào năm 2025, bao gồm GW250114) đã kiểm tra và xác nhận một cách nghiêm ngặt bản chất Kerr của các tàn dư sau hợp nhất, cùng với định lý diện tích của Hawking: tổng diện tích chân trời A = 4π(r₊² + a²) không thể giảm theo thời gian, ngay cả trong quá trình hợp nhất, với diện tích bề mặt tăng lên như dự đoán (ΔA ≥ 0). Chân trời sự kiện tự nó vẫn bị ngắt kết nối nguyên nhân với các quan sát viên bên ngoài do độ đỏ hấp dẫn vô hạn; bức xạ điện từ phát ra gần hoặc bên trong r = r₊ (r₊ = M + √(M² - a²) trong các đơn vị hình học) bị suy giảm theo cấp số nhân. Do đó, việc hình ảnh trực tiếp là không thể; thay vào đó, các quan sát ghi lại sự phát xạ từ vật chất trong khu vực ngay lập tức: Các đĩa accretion — các dòng plasma mỏng hoặc dày hình học xoáy vào trong, được làm nóng đến ~10⁶–10⁹ K bởi sự phân tán nhớt và tái kết nối từ trường, tạo ra bức xạ nhiệt và không nhiệt trên các băng tần từ X-ray đến radio. Vòng photon — các quỹ đạo photon không ổn định ở ~1.5 r₊ (đối với Schwarzschild) tạo ra một vòng sáng, không đối xứng thông qua sự thấu kính trọng lực của sự phát xạ từ đĩa ở phía xa. Các tia tương đối — được phóng ra bởi các quá trình Blandford–Znajek hoặc khai thác năng lượng quay từ động lực học từ trường, thường kéo dài từ parsec đến megaparsec. Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (EHT) đã hình ảnh hóa bóng và vòng photon của M87* (2019, được tinh chỉnh trong các chiến dịch tiếp theo) và Sgr A* (2022, với các nghiên cứu phân cực và biến thiên đang diễn ra từ 2025–2026), cung cấp các bài kiểm tra trực tiếp về trọng lực trường mạnh, kéo khung (hiệu ứng Lense–Thirring), và hình thái từ trường gần chân trời. Các tiến bộ gần đây (2025–2026) bao gồm: Xác nhận sự gia tăng diện tích của Hawking trong các vòng hợp nhất. Quang phổ XRISM tiết lộ các đường sắt sắt phản xạ bị biến dạng, chỉ ra sự quay gần tối đa (a ≈ 0.998) trong các hệ thống quay nhanh. Các phát hiện của JWST về các lỗ đen siêu khối lượng quá mức (SMBHs) tại z > 8 (ví dụ, trong "các điểm đỏ nhỏ" và các quasar đầu tiên), với khối lượng ≳ 10⁸ M_⊙ trong khoảng ~500 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, thách thức sự phát triển giới hạn Eddington tiêu chuẩn và ủng hộ các hạt giống nặng/đổ sập trực tiếp hoặc các giai đoạn siêu-Eddington/hyper-accretion. Các lỗ đen khối lượng sao (∼3–100 M_⊙) chủ yếu hình thành từ sự sụp đổ lõi trong các ngôi sao khối lượng lớn (M ≳ 20–30 M_⊙), trong khi các biến thể khối lượng trung gian (10²–10⁵ M_⊙) và siêu khối lượng (10⁶–10¹⁰ M_⊙) có khả năng phát sinh thông qua các vụ hợp nhất phân cấp, sự tích tụ khí, và các cơ chế hạt giống trong vũ trụ sơ khai.