În 1916, astronomul german Schwarzschild, cu ajutorul muncii lui Einstein, a calculat dimensiunea unei stele a cărei viteze de evacuare ar fi fost egală cu viteza luminii. Această viteză este o limită absolută și potrivit relativității, nimic nu o poate depăși. În plus, știm faptul că dimensiunea unei stele neutron se diminuează pe măsură ce masa ei crește întrucât forța gravitațională depășește presiunea generativă.
Dacă masa unei asemenea stele crește, vine un moment numit „limita Oppenheimer-Volkoff” în care viteza de evacuare devine egală cu viteza luminii și nimic nu art mai putea să scape din această stea. Să nu uităm nici de faptul că această coeziune a stelelor neutron este dependentă de interacțiunea nucleară foarte intensă. Din moment ce comportamentul acestei interacțiuni nu este prea bine înțeles în combinație cu gravitația puternică, limita Oppenheimer-Volkoff nu este cunoscută. Aceasta este estimată a fi cuprinsă între 1.5 și 3 mase solare.
Din moment ce nimic nu mai poate scăpa, nici măcar lumina, steaua devine invizibilă și este numită gaură neagră. Gaura neagră nu are o suprafață materială, materia originală a stelei este micșorată până la un punct cu densitate nedeterminată numit singularitate. Suprafața găurii negre se numește orizont iar dimensiunea ei se numește Schwarzschild radius. Tot ce se află după orizont este captiv și nu poate decât să mărească masa găurii negre.
În ciuda filmelor de la Hollywood, gaura neagră nu este un aspirator uriaș în cosmos, nu poate să capteze decât obiecte aflate în imediata sa vecinătate. Dacă am înlocui Soarele cu o gaură neagră, din punct de vedere gravitațional nu am simți nicio diferență. Doar căldura ne-ar lipsi, și lumina. Există două scenarii cunoscute prin care o gaură neagră se poate forma:
- O stea neutron este parte a unui sistem binar, iar masa ei crește prin atragerea de materie de la cealaltă stea
- Prăbușirea unei hypernove duce direct la formarea unei găuri negre
