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黑洞可以說是宇宙中最為神秘的天體之一，愛因斯坦的廣義相對論很早就預言了黑洞的存在。這種天體有別於其他天體，它們自身不會發光，而且還會把光以及其他物質都吞噬掉，從而導致它們無法通過電磁波手段直接觀測到。
那麼，黑洞的裡面究竟是怎樣的呢？掉進黑洞的東西都去哪裡了？宇宙中的黑洞是怎麼產生的？天文學家又是如何確認黑洞的存在？
由於黑洞內部被事件視界阻擋，我們無法看到黑洞本身，也無法看到黑洞的內部。目前，對於黑洞的了解都是基於廣義相對論。廣義相對論是一種描述引力的理論，比牛頓的萬有引力定律有著更廣的適用範圍，可以描述強引力場中的引力現象。
愛因斯坦把引力解釋成幾何效應。他認為空間本身是平坦的，但如果在其中放入質量體，就會導致空間發生彎曲。質量體在彎曲空間中沿著測地線運動，從而表現出各種引力現象。質量越大，空間曲率越大，引力作用就越強。
在極端的情況下，空間曲率大到極致，使得包括光在內的任何東西一旦進入這片空間中就無法逃脫，這樣的天體就是黑洞。由此可見，黑洞沒有實體表面，而且表面的逃逸速度是光速。
物體和光進入黑洞內部之後，將會一直掉向黑洞的中心——奇點。黑洞沒有實體部分，所有的質量都集中在一個體積無窮小的奇點中。最終，進入黑洞中的所有東西都會掉進奇點，這會增加黑洞的質量，使得黑洞的範圍變得越來越大。
在宇宙中，最為常見的黑洞應該是恆星級黑洞，它們是由大質量恆星通過引力坍縮作用而產生的。正常情況下，恆星通過核聚變反應產生的輻射壓與自身的重力是平衡的。一旦恆星的能量耗盡，輻射壓不足以對抗重力，就會出現引力坍縮現象。大質量恆星會把核心擠壓成黑洞，其質量下限估計為太陽的3倍質量。
根據廣義相對論，對於最小的恆星級黑洞，其半徑僅為8.85公裡。如果把地球壓縮成黑洞，其半徑只有8.9毫米。正因為經過強烈的引力坍縮作用，黑洞才會產生極端的引力效應。
除了恆星級黑洞之外，在包含銀河系在內的大多數星系中心，都還會存在一個質量超過太陽10萬倍的超大質量黑洞。位於銀心的超大質量黑洞擁有430萬個太陽質量，而質量最大的超大質量黑洞高達太陽的660億倍。這些黑洞可能是由恆星級黑洞不斷吞噬物質產生，也有可能是由大質量分子雲直接坍縮而成。
長久以來，天文學家早已通過各種間接方式確認黑洞的存在。而在2019年，天文學家甚至還首次捕獲到了黑洞的照片。既然黑洞不可見，黑洞照片又是如何得來的呢？
對於星系中心的超大質量黑洞，它們強大的引力會把周圍的各種星雲和天體吸引過來。當物質掉落黑洞時，它們之間的摩擦作用會發出光，從而在黑洞周圍形成一個可見的吸積盤。只要拍攝到黑洞的吸積盤，就能映襯出中心的黑洞。