Vad är ett svart hål?

När en stjärna dör kan mycket hända. Först bildas en röd jätte, genom att helium genom fusion bildar kol. Detta ger ett enormt tryck utåt vilket skjuter ut själva skalet på stjärnan. Efter detta kan stjärnan bilda flera olika slutstadier, som en vit dvärg eller en neutronstjärna. Om stjärnan är tillräckligt massiv (minst 3,2 gånger vår sols massa), bildar den oftast ett svart hål. Detta sker genom att stjärnan kollapsar under sin egen gravitation, eftersom fusionen i stjärnans kärna tar slut och det då inte finns något tryck som motverkar gravitationen. Stjärnan börjar nu krympa och bli mindre och mindre, men den har fortfarande samma massa som dess ursprungliga stjärna på en ständigt mindre volym, vilket ger högre och högre densitet. Detta resulterar i en oändligt stor gravitation. Det är denna kropp som kallas singulariteten, dock påverkar den en stor del av sin omgivning, så att de svarta hålen uppfattas som mer än endast en singularitet (se stycket Egenskaper och uppbyggnad).

Dock säger teorin om en singularitet med oändlig gravitation emot kvantgravitationens lagar (relativitetsteorin kombinerat med kvantmekaniken). En teori som verkar mer trolig är den om en så kallad BKL-singularitet, som beskriver singulariteten enligt kvantgravitationens lagar. Denna säger att singulariteten påverkar rumtiden så att tiden bryts loss och endast rummet finns kvar (se bild 2 stycket Egenskaper och uppbyggnad). Rummet pendlar sedan slumpmässigt i tre dimensioner.
Man kunde nu teoretiskt forska sig fram till tre olika singulariteter. I icke-roterande svarta hål blir singulariteten till en punkt, i roterande svarta hål blir singulariteten till en cirkel, och enligt en sista teori, kan singulariteten färdas genom ett maskhål och då komma ut ur ett vitt hål någon annan stans.
<--En stjärna kröker rumtiden Ett svart hål kröker rumtiden -->

För att kunna se framför sig hur ett svart hål verkar, behöver man veta lite om Einsteins relativitetsteori. Man kan tänka sig att alla massor vilar på ett någorlunda spänt nät, den så kallade rumtiden. Olika tunga objekt böjer nätet olika mycket, det vill säga en tung kropp kröker rumtiden mer än en lätt (se bilder). Ett svart hål med oändlig densitet, kröker alltså rumtiden oändligt mycket. Föremål som kommer i närheten följer alltså krökningen neråt mot singulariteten.

Det som gör att ett svart hål är svart, är inte att ljusets partiklar dras ner i hålet, vilket ofta är en förklaring. Detta låter dock trovärdigt då flykthastigheten vid händelsehorisonten är ljusets hastighet.
Som bekant kan ljuset både anses vara i partikel- och vågform. Det som sker när ljusets fotoner närmar sig ett svart hål, är att dess våglängder dras ut på grund av den höga gravitationen. Eftersom ljus består av dessa vågor, och de rätas ut till en oändlig rödförskjutning, blir de så att säga obefintliga, och eftersom inget ljus därför kan uppfattas vid det svarta hålet, uppfattas det som just svart.

Det finns olika svarta hål. Den vanligaste sorten är de som bildas av döende stjärnor. Sedan finns det svarta minihål, som bildades vid universums födelse. En tredje typ är supermassiva svarta hål, som kan återfinnas i mitten av galaxer (se stycket Svarta hål i galaxers mitt).