ブラックホール
連星系を形成するブラックホールは降着円盤を形成する場合がある。円盤は膨大な熱とX線を放射する。多くのものは宇宙ジェットを伴うが、ジェットの生成メカニズムははっきりとは分かっていない。ブラックホールの観測において非常に重要である。
周囲は非常に強い重力によって時空が著しく歪められ、ある半径より内側ではどのような向きに向かう光や推進力を得続ける物体でもブラックホールの内側に向きが変わって出られなくなる。この半径をシュヴァルツシルト半径、この半径を持つ球面を事象の地平面(シュヴァルツシルト面)と呼ぶ。この中からは光であっても外に出てくることはできないため、現在天体観測に用いられているほぼ全ての光線、電波が出てこなくなる。ブラックホールは単に元の天体の構成物質がシュヴァルツシルト半径よりも小さく圧縮されてしまった状態であり、事象の地平面の位置に何かが存在する訳ではなく、ブラックホールに向かって落下する物体は事象の地平面を超えて中心へ引き込まれる。
ブラックホールの引力は光速を超えているため、ブラックホールに向かって落下する物体を離れた位置の観測者から見ると、物体が事象の地平面に近づくにつれて光速に近づくために、相対論的効果によって物体の時間の進み方が遅れるように見える。最終的に観測者からはブラックホールに落ちていく物体は事象の地平面の位置で永久に停止するように見える。同時に、物体から出た光は重力による赤方偏移を受けるため、物体は落ちていくにつれて次第に赤くなり、やがて可視光領域を外れ見えなくなる。逆に落ちていく物体から見れば、事象の地平面を通過する頃には事象の地平面の外側の時間の進み方が大幅に高速化するように見えると想定されている。
質量が太陽程度から太陽の数倍までの星の場合には、主系列星の後に赤色巨星の段階を経て、白色矮星となり次第に冷却して一生を終える。星が若い間は、水素の原子核が互いに結合してヘリウムが生まれる。この時のエネルギーによって星は自らの大きさを支えている。
質量が太陽の約8倍よりも重い星の場合は、巨星に進化した後も中心部で核融合によって次々に重い元素ができ、最終的に鉄からなる中心核が作られる。鉄の原子核は結合エネルギーが最も大きいため、これ以上の核融合反応は起こらず、星の中心部は熱源を失って重力収縮する。収縮が進むと鉄の原子核同士が重なり始め、陽子と電子が結合して中性子へ変化し、やがて星の中心部がほとんど中性子だけからなる核となる。この段階では核全体が中性子の縮退圧によって支えられるようになるため、重力収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発生し一気に吹き飛ばされる。これが超新星爆発で、爆発の後には中性子からなる核が中性子星として残されるが、中性子星が光やX線を激しく放出するパルサーとなることもある。
質量が太陽の約30倍以上ある星の場合には、自己重力が中性子の核の縮退圧を凌駕(重力の強さで中性子が潰れ始める)するため、超新星爆発の後も核が収縮(重力崩壊)を続ける。この段階になると星の収縮を押し留めるものは何も無いため永久に縮み続ける。こうしてシュバルツシルト面より小さく収縮した天体がブラックホールである。
巨大な天体を観測すると、その向こう側から来る光が曲げられて見えることから、光も重力の影響を受けることは知られていた。つまり、重力が強大になるにつれ、ある点で「光すら脱出できない」ほどの状態となる。光より速い物質は存在しない前提であるため、いかなる物質や電波なども発出されないという特性から、その天体を直接的に観測を行うことは困難であり2019年4月10日に初めて観測に成功し、メディアに公開された。そのため、その近傍にある他の天体や、その背後に見えるはずの天体との相互作用を介して間接的な観測が行われている。X線源の精密な観測と質量推定によって、現在観測されているいくつかの天体はブラックホールであると考えられている。
ブラック「ホール」という名称であるが、あたかも水面の渦巻きに吸い込まれるかの様に落下していく「穴」ではない。また光さえも脱出できない=何も見えないことから、多くの想像図では黒い球体で描かれる。