黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。
“黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。（电磁波）也逃脱不出。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。依据阿尔伯特-爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
相关论文分别发表在著名的预印本网站ArXiv和《物理快报B》杂志上。
“得出这个结论后，即便我本人都感到十分震撼。”提出这一理论的美国北卡罗来纳大学教堂山分校理论物理学教授劳拉·梅尔西尼—霍顿这样描述自己的感受。她说：“科学家们研究这个问题已经超过了50年，而这个解决方案给了我们许多新的思考。”
1974年，霍金通过量子力学的方法得出结论：黑洞不仅能够吸收黑洞外的物质，同样也能以热辐射的方式向外“吐出”物质。而这种量子力学现象，就被称为霍金辐射。
物理学家组织网2014年9月25日（北京时间）报道称，新研究中梅尔西尼—霍顿描述了一种全新的方案。她和霍金都同意，当恒星因自身的引力发生坍塌时会产生霍金辐射。但梅尔西尼—霍顿认为，发出这种辐射后，恒星的质量也会不断地发生损失。正因为如此，当这些恒星坍缩时就不可能达到形成黑洞所必须的质量密度。她认为，垂死的恒星在发生最后一次膨胀后，就会爆炸，然后消亡，奇点永远不会形成，黑洞视界也不会出现。根本就不会存在像黑洞这样的东西。
其实早在今年年初，霍金就曾通过论文指出在经典理论中黑洞是不存在的，他承认自己最初有关视界的认识是有缺陷的，并提出了新的“灰洞”理论。该理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。
黑洞这一定义在经过漫长的时间推测后，已经慢慢被人们所接受。然而霍金今年年初发文否认黑洞的存在，取而代之提出了“灰洞”理论，这在物理学界掀起了不小的波澜。如今，梅尔西尼—霍顿直截了当地称“根本就不会存在像黑洞这样的东西”，这无疑成为又一枚重磅炸弹——尽管梅尔西尼—霍顿远不及霍金出名。当然，想以一己之力推翻既有的理论并不那么容易，需要更多有说服力的证据加以佐证。
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。已观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。黑洞除了吸积物质之外，还通过霍金蒸发过程向外辐射粒子。
