Vzdálený vesmír kromě klasických objektů, jako jsou různé druhy hvězdokup, galaxií a mlhovin často obsahuje i objekty velmi exotické. Mezi ně patří bezesporu černé díry.
Jak přesně černé díry vypadají a o jaké objekty se přesně jedná, zůstává tak trochu zahaleno rouškou tajemství. Problém je totiž v tom, že černé díry nelze na obloze opticky pozorovat. Laická veřejnost proto často pokládá dotaz, zda vůbec černé díry existují, a jak je možné, že o nich astronomové mluví, když je nepozorují. Ostatně v minulosti i sami astronomové o jejich existenci dosti dlouho pochybovali, dokonce až do počátku šedesátých let minulého století. A to přesto, že byly předpovězeny mnohem dřív.
Černé díry mohou vzniknout během závěrečné fáze života masivních hvězd. Většina hmotných hvězd se na konci svého vývoje zbaví přebytečné hmotnosti. Přebytečnou hmotu odvrhnou např. silným hvězdným větrem, či explozí. Část hvězd se ale nadbytečné hmotnosti včas nezbaví a právě z těchto hvězd se stávají kandidáti na černé díry. V masivní hvězdě se vyčerpají zásoby jaderného paliva. Tím dojde k zastavení termojaderné syntézy. Ve hvězdě se změní poměry. Klesne nejen teplota, ale i vztlaková síla. Gravitační síla převládne a může dojít ke zhroucení hvězdy do velmi malého prostoru, do černé díry. Další možností vzniku černé díry může být třeba seskupování hmoty ve vesmíru.
Černá díra je velmi hmotný objekt. V jejím okolí se nachází mimořádně silné gravitační pole. To je v určité oblasti časoprostoru natolik silné, že žádný objekt, který se dostane pod tzv. Schwarzschildův poloměr, nemůže tuto oblast gravitačního vlivu opustit. Dokonce ani světlo, které je nejrychlejší a dosahuje úctyhodné rychlosti téměř 300 000 km/s, nemá šanci se z tohoto vlivu vymanit. A to je právě důvod, proč nelze černé díry přímo pozorovat. Z oblasti, kde se černá díra nachází, nepřichází k vnějšímu pozorovateli totiž ani žádná hmota, ani žádná informace, což odpovídá teorii obecné relativity vypracované Albertem Einsteinem v roce 1915. Černé díry tedy nemají žádné přímo pozorovatelné vlastnosti. Nevíme proto přesně, jak vypadají, a co se odehrává uvnitř. Předpokládá se, že v centrech černých děr, pod tzv. horizontem událostí, existuje singularita. To je oblast, kde je zakřivení časoprostoru nekonečné a působící gravitační síly jsou nekonečně velké. Podle obecné teorie relativity můžeme tyto objekty charakterizovat pouze třemi parametry: hmotou, momentem hybnosti a elektrickým nábojem. Existuje teoreticky ještě jeden parametr, který však dosud pozorován nebyl. Tím čtvrtým parametrem by mohl být magnetický náboj. Přesto dnes víme, že černé díry nejsou fikcí, ale reálně existují. Chování hmoty v okolí těchto zvláštních objektů, nebo rentgenové či ultrafialové záření, přicházející z okolí černých děr, z oblastí akrečních disků, prozradí jejich existenci. Existují totiž určité kvantově-mechanické procesy, které mají za následek „vypařování“ černých děr. Na toto vyzařování má zřejmě vliv látka, kterou černá díra v minulosti pohltila.
První prokázaný kandidát se nachází v souhvězdí Labutě. Zde existuje binární systém, který je v místě rentgenového zdroje Cygnus X-1. V roce 1971 se tato oblast stala kandidátem na černou díru, neboť bylo zjištěno, že jde o těleso s příliš velkou hmotou, než aby mohlo být neutronovou hvězdou. Víme ale i o dalších kandidátech.
Černé díry dnes považujeme za prokázané. Víme, že jsou součástí centrálních oblastí galaxií a zejména hmotné se nachází v aktivních galaktických jádrech (kvasary), dále v centrálních částech některých hmotnějších kulových hvězdokup, a i jinde. Černé díry mají i řadu zajímavých vlastností, o nich ale zase jindy.
