De acordo com a Teoria Geral da Relatividade, um buraco negro é uma região do espaço da qual nada, nem mesmo objetos que se movam na velocidade da luz, podem escapar. Este é o resultado da deformação do espaço-tempo, causada após o colapso gravitacional de uma estrela, por uma matéria astronomicamente maciça e, ao mesmo tempo, infinitamente compacta e que, logo depois, desaparecerá dando lugar ao que a Física chama de Singularidade, o coração de um buraco negro, onde o tempo pára e o espaço deixa de existir. Um buraco negro começa a partir de uma superfície denominada horizonte de eventos, que marca a região a partir da qual não se pode mais voltar. O adjetivo negro em buraco negro se deve ao fato deste não refletir a nenhuma parte da luz que venha atingir seu horizonte de eventos, atuando assim como se fosse um corpo negro perfeito em termodinâmica. Acredita-se, também, com base na mecânica quântica, que buracos negros emitam radiação térmica, da mesma forma que os corpos negros da termodinâmica a temperaturas finitas. Esta temperatura, entretanto, é inversamente proporcional à massa do buraco negro, de modo que observar a radiação térmica proveniente destes objetos torna-se difícil quando estes possuem massas comparáveis às das estrelas.

Apesar de os buracos negros serem praticamente invisíveis, estes podem ser detectados por meio da interação com a matéria em sua vizinhança. Um buraco negro pode, por exemplo, ser localizado por meio da observação do movimento de estrelas em uma dada região do espaço. Outra possibilidade da localização de buracos negros diz respeito à detecção da grande quantidade de radiação emitida quando a matéria proveniente de uma estrela companheira é espirala para dentro do buraco negro, aquecendo-se a altas temperaturas.

Embora o conceito de buraco negro tenha surgido em bases teóricas, astrônomos têm identificado inúmeros candidatos a buracos negros estelares e também indícios da existência de buracos negros super maciços no centro de galáxias maciças.6 Há indícios de que no centro da própria Via Lactea, nas vizinhanças de Sagitário A*, deve haver um buraco negro com mais de 2 milhões de massas solares.

De forma simplificada, buraco negro  é uma região do espaço que possui uma quantidade tão grande de massa concentrada que nada consegue escapar da atração de sua força de gravidade, nem mesmo a luz, e é por isso que são chamados de “buracos negros”.

Concepção Artística de um Buraco Negro

Até hoje a melhor teoria para explicar este tipo de fenômeno é a Teoria Geral da Relatividade, formulada por Albert Einstein . Mas, para entender melhor do que se trata um buraco negro é preciso entender alguns conceitos.

Segundo a teoria de Einstein, a força da gravidade seria uma manifestação da deformação no espaço-tempo causada pela massa dos corpos celestes, como os planetas ou estrelas. Essa deformação seria maior ou menor de acordo com a massa ou a densidade do corpo. Portanto, quanto maior a massa do corpo, maior a deformação e, por sua vez, maior a força de gravidade dele. Consequentemente, maior é a velocidade de escape, força mínima que deve ser empregada, para que um objeto possa vencer a gravidade deste corpo. Por exemplo, para que um foguete saia da atmosfera terrestre para o espaço ele precisa de uma força de escape de 40.320 km/h. Em Júpiter, essa força teria de ser 214.200 km/h. Essa diferença muito grande, é porque sua massa é muito maior que a da Terra.

É isso que acontece nos buracos negros. Há uma concentração de massa tão grande em um ponto tão infinitamente pequeno que a densidade é suficiente para causar tal deformação no espaço-tempo que a velocidade de escape neste local é maior que a da luz. Por isso que nem mesmo a luz consegue escapar de um buraco negro. E, já que nada consegue se mover mais rápido que a velocidade da luz, nada pode escapar de um buraco negro.

Esses tais buracos negros seriam estrelas em seu último estágio de evolução, quando, depois de consumir todo seu combustível, a estrela com massa maior que 3 massas solares, se transformam em uma supernova com um “caroço” no centro. Se a massa deste caroço, que pode ou não se formar, for maior que 2 massas solares ele cai sobre si mesmo, transformando-se em um buraco negro. Às vezes acontece da estrela evoluir no que chamamos de “sistema binário fechado” quando duas estrelas ficam muito próximas e há transferência de matéria de uma para outra, podendo fazer com que uma delas acumule matéria em excesso provocando sua explosão em uma supernova. Nestes casos, o mais provável é que ela evolua para uma estrela de nêutrons, quando elétrons e prótons se fundem em nêutrons. Mas, acontece que em alguns sistemas a concentração de massa é muito grande e ocorre a formação de um buraco negro que continua “sugando” a massa daquela outra estrela maior.

Em Física, a relatividade geral é a generalização da Teoria da gravitação de Newton, publicada em 1915 por Albert Einstein. A nova teoria leva em consideração as ideias descobertas na Relatividade restrita sobre o espaço e o tempo e propõe a generalização do princípio da relatividade do movimento para sistemas que incluam campos gravitacionais. Esta generalização tem implicações profundas no nosso conhecimento do espaço-tempo, levando, entre outras conclusões, à de que a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à sua volta. Isto é, a gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo.

Muitas previsões da relatividade geral diferem significativamente das da física clássica, especialmente no que respeita à passagem do tempo, a geometria do espaço, o movimento dos corpos em queda livre, e a propagação da luz. Exemplos de tais diferenças incluem dilatação gravitacional do tempo, o desvio gravitacional para o vermelho da luz, e o tempo de atraso gravitacional. Previsões da relatividade geral foram confirmadas em todas as observações e experimentos até o presente. Embora a relatividade geral não seja a única teoria relativística da gravidade, é a mais simples das teorias que são consistentes com dados experimentais. No entanto, há questões ainda sem resposta, sendo a mais fundamental delas explicar como a relatividade geral pode ser conciliada com as leis da física quântica para produzir uma teoria completa e auto-consistente da gravitação quântica.

A teoria de Einstein tem importantes implicações astrofísicas. Ela aponta para a existência de buracos negros - regiões no espaço onde o espaço e o tempo são distorcidos de tal forma que nada, nem mesmo a luz, pode escapar - como um estado final para as estrelas maciças . Há evidências de que esses buracos negros estelares, bem como outras variedades maciças de buracos negros são responsáveis pela intensa radiação emitida por certos tipos de objetos astronômicos, tais como núcleos ativos de galáxias ou microquasares. O desvio da luz pela gravidade pode levar ao fenômeno de lente gravitacional, onde várias imagens do mesmo objeto astronômico distante são visíveis no céu. A relatividade geral também prevê a existência de ondas gravitacionais, que já foram medidas indiretamente; uma medida direta é o objetivo dos projetos, tais como o LIGO. Além disso, a relatividade geral é a base dos atuais modelos cosmológicos de um universo sempre em expansão.