Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada como para generar un campo gravitatorio tal, que ninguna partícula ni siquiera la luz, puede escapar de él (en 2021 se observaron reflejos de luz en la parte más lejana del agujero negro).
Los agujeros negros pueden ser capaces de emitir un tipo de radiación, la radiación de Hawking, conjeturada por Stephen Hawking en la década de 1970. La radiación emitida por agujeros negros como Cygnus X-1 no procede del propio agujero negro sino de su disco de acreción.
La gravedad de un agujero negro, o «curvatura del espacio-tiempo», provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos, previsto por las ecuaciones del campo de Einstein. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del universo, y una vez dentro de él, ningún tipo de partícula, sea material o electromagnética, puede salir, ni siquiera los fotones. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio.
En la década de 1970, Stephen Hawking, Ellis y Penrose demostraron varios teoremas importantes sobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros. Previamente, en 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujeros negros debían tener una geometría cuasi esférica determinada por tres parámetros: su masa M, su carga eléctrica total e y su momento angular L.
Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros super masivos.
El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales, producidas por la fusión de dos agujeros negros a unos 410 millones de pársecs, mega pársecs o Mpc, es decir, a unos 1337 millones de años luz, mega años luz o Mal de la Tierra. Las observaciones demostraron la existencia de un sistema binario de agujeros negros de masa estelar y la primera observación de una fusión de dos agujeros negros de un sistema binario.
La gravedad de un agujero negro puede atraer el gas que se encuentra a su alrededor, que se arremolina y calienta a temperaturas de hasta 12 000 000 °C, esto es, 2000 veces mayor temperatura que la de la superficie del Sol.
El 10 de abril de 2019, el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos presentó la primera imagen jamás capturada de un agujero negro super masivo ubicado en el centro de la galaxia M87.
El 18 de julio de 2022, los científicos confirman el haber encontrado un agujero negro inactivo que no se parece a ningún otro descubierto antes.
Los investigadores afirman que no hay ninguna otra explicación para los inesperados datos, que muestran la existencia de un agujero negro de masa estelar en la Gran Nube de Magallanes, la galaxia vecina de nuestra Vía Láctea.
La estrella que originó el agujero negro parece haberse desvanecido sin que se produjera una potente explosión, afirman los investigadores; ya se han encontrado otros agujeros negros como este. Pero los especialistas afirman que se trata del primer objeto de este tipo detectado de forma inequívoca: un agujero negro de masa estelar inactivo.
Para encontrar el nuevo ejemplo, los científicos observaron casi 1.000 estrellas masivas en la nebulosa de la Turantula, que forma parte de la Gran Nube de Magallanes.