Οι μαύρες τρύπες είναι σημεία στο διάστημα με τόση βαρυτική έλξη που ούτε το φως μπορεί να ξεφύγει από αυτές. Το «σημείο χωρίς επιστροφή» γύρω από μια μαύρη τρύπα αναφέρεται ως ο ορίζοντας γεγονότων της. Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται είτε όταν ένα αστέρι μεγαλύτερη από 20 ηλιακές μάζες καταρρέει, είτε όταν ολόκληρος ο πυρήνας ενός γαλαξία καταρρέει. Οι μαύρες τρύπες που καταρρέουν γαλαξίες απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας που μπορούν να παρατηρηθούν από δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αυτή η ενέργεια προέρχεται από την τριβή της ύλης που προσπίπτει στον εαυτό της – καμία ακτινοβολία δεν μπορεί να προέλθει από την ίδια τη μαύρη τρύπα.
Οι μαύρες τρύπες είναι από τα πιο συναρπαστικά αστροφυσικά φαινόμενα στο σύμπαν. Έχουν αιχμαλωτίσει τη φαντασία του κοινού και έχουν αφοσιωθεί στη μελέτη πολλών διάσημων φυσικών, συμπεριλαμβανομένων των Άλμπερτ Αϊνστάιν και Στίβεν Χόκινγκ. Οι μαύρες τρύπες είναι ενδιαφέρουσες από την οπτική γωνία των φυσικών επειδή μπορούν να χαρακτηριστούν εξαντλητικά μόνο από τρεις τιμές: τη μάζα, την περιστροφή και το φορτίο τους. Ελαφρώς διαφορετικές θεωρίες χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τη συμπεριφορά των μαύρων οπών που περιστρέφονται έναντι μη περιστρεφόμενων, φορτισμένων έναντι ουδέτερων.
Η μεγαλύτερη διάκριση μεταξύ των μαύρων τρυπών δεν είναι η περιστροφή ή το φορτίο τους, αλλά η μάζα τους. Οι γνωστές μαύρες τρύπες συγκεντρώνονται γύρω από δύο επίπεδα μάζας: τις αστρικές μαύρες τρύπες, που κυμαίνονται από 1.5 έως 14 ηλιακές μάζες, και τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες. Αστρικές μαύρες τρύπες δημιουργούνται κάθε φορά που ένα αστέρι με περισσότερες από 20 ηλιακές μάζες εξαντλεί όλο το πυρηνικό του καύσιμο και καταρρέει.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες πιθανότατα σχηματίστηκαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, στις αρχές της ιστορίας του σύμπαντος, και παραμένουν γύρω μας σήμερα. Αυτήν τη στιγμή πιστεύεται ότι κάθε γαλαξίας έχει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του και τουλάχιστον 30 υποψιάζονται ότι έχουν παρατηρηθεί. Οι περισσότεροι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο Τοξότης Α*, μια περιοχή μεγέθους ηλιακού συστήματος που περιέχει 2.6 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, είναι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του Γαλαξία.
Υπάρχουν δύο επιπλέον κατηγορίες μαύρης τρύπας που μπορεί να υπάρχουν. Η πρώτη είναι οι ενδιάμεσες μαύρες τρύπες, με μάζες κάπου μεταξύ 14 ηλιακών μαζών και εκατομμυρίων. Οι υπερφωτεινές πηγές ακτίνων Χ, οι συνεχείς πηγές ακτίνων Χ σε άλλους γαλαξίες, είναι πιθανώς μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας στη διαδικασία συσσώρευσης ύλης. Εάν πρόκειται πραγματικά για μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας, έχουν μάζα κοντά σε εκατό χιλιάδες ηλιακές μάζες. Μερικοί αστρονόμοι παρατήρησαν επίσης ένα αντικείμενο κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας που θεωρήθηκε ότι είναι μια ενδιάμεση μάζα μαύρη τρύπα με 1,300 ηλιακές μάζες.
Ο δεύτερος τύπος μη επιβεβαιωμένης μαύρης τρύπας θα είναι οι μικρομαύρες τρύπες, οι οποίες είτε θα δημιουργούνταν σε επιταχυντές σωματιδίων είτε από τη Μεγάλη Έκρηξη. Κανένα δεν έχει παρατηρηθεί ακόμη, αν και ορισμένοι αστροφυσικοί υποπτεύονται ότι υπάρχουν και σχεδιάζουν τηλεσκόπια για να τα αναζητήσουν