El material que compon un estel és generalment en equilibri sota l’acció de dues forces antagòniques: la força de la gravetat, que tendeix a condensar la matèria cap al centre de l’estel, i la força de la pressió, que tendeix a expansionar-lo. Hom pot demostrar que per a estels d’una massa superior a tres masses solars aquest equilibri no pot subsistir, car la matèria de l’estel s’esfondra sobre ella mateixa i l’estel es contreu indefinidament (col·lapse gravitacional). Els fenòmens que tenen lloc a l’interior de l’objecte resultant poden ésser descrits únicament per la relativitat general i les teories gravitatòries modernes. La col·lisió entre forats negres, d'acord amb aquesta teoria, seria un dels fenòmens a partir dels quals es generarien ones gravitatòries. La propietat més remarcable és que cap mena de radiació ni de cos material no pot fugir de l’interior de l’estel col·lapsat: la velocitat d’escampament supera la velocitat de la llum. Igualment, un raig de llum que passés pels voltants de l’estel, seria copsat. Aquests fets han donat origen a la seva denominació de forat negre.
Imatge òptica i il·lustració artística del forat negre del Cygnus X-1
NASA
Tots els coneixements que hom té sobre aquests estels són teòrics, bé que hom n’ha identificat alguns candidats, com el binari Cygnus X-1, objecte des del 1971 de nombrosos mesuraments que han permès inferir-ne la massa en 14,8 masses solars (2011) i la distància a la Terra en 6.050 ± 400 anys llum. Hom ha descartat també la possibilitat que sigui un estel de neutrons i, per tant, que amb una elevada probabilitat es tracti d’un forat negre. Aquests estudis suggereixen, a més, que un forat negre només pot ésser detectat indirectament pels efectes gravitatius que es manifesten sobre els estels veïns o sobre la matèria gasosa que eventualment pugui caure al seu interior. Hom ha proposat l’existència de forats negres supermassius, amb masses de l’ordre de 106-109 masses solars. Es postula que aquests enormes forats negres estarien al centre de la majoria de galàxies, incloent-hi el centre de la Via Làctia, anomenat Sagitari A*, on el 2008 es proposà l’existència d’un forat negre supermassiu amb una massa de 4,1(± 0,6)•106 a 4,31 (±0,38)•106 masses solars i una mida inferior a les 90 unitats astronòmiques. L'any 2016, la detecció d'ones gravitatòries per part dels interferòmetres LIGO constituí la primera evidència empírica indirecta de l'existència dels forats negres: les ones detectades havien estat produïdes per una col·lisió de dos forats negres siutats a més de mil milions d'anys llum.