Een zwart gat is een bijzonder hemellichaam, waaruit geen licht of materie kan ontsnappen als gevolg van zijn sterke zwaartekrachtsveld.
Fotonen (lichtdeeltjes) verliezen energie als ze tegen een zwaartekrachtsveld in bewegen. De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein voorspelt dat er objecten moeten bestaan waarvan de zwaartekracht zo sterk is, dat licht niet meer kan ontsnappen. Zo een voorwerp is dus zwart, vandaar de naam zwart gat. Bovendien kan er uit een zwart gat geen materie ontsnappen, want materie reist altijd trager dan de lichtsnelheid.
Een zwart gat vormt dus een bolvormig gebied waaruit ontsnappen niet mogelijk is. Het denkbeeldige oppervlak van deze bol heet de waarnemingshorizon. De afstand van de waarnemingshorizon tot het centrum van het zwarte gat heet de Schwarzschildstraal.
Ontstaan
De meeste zwarte gaten zijn de overblijfselen van hypernova- of supernova-explosies. Als de kern van de exploderende ster meer dan ongeveer 5 keer zo zwaar is als de zon (de Chandrasekhar-limiet), implodeert de kern van de ster uiteindelijk tot een zwart gat. Volgens de algemene relativiteitstheorie kan deze massa worden opgevat als geconcentreerd in een singulariteit. Dit kan een punt, een ring of een bol zijn - daarover zijn de geleerden het niet in alle gevallen eens.
De zeer zware zwarte gaten die in de centra van sommige sterrenstelsels te vinden zijn en een massa van enkele miljoenen zonsmassa's hebben, zijn waarschijnlijk kort na de oerknal ontstaan. Sinds kort zijn er ook zwarte gaten bekend met een massa van enkele duizenden zonsmassa's maar hoe die ontstaan zijn is nog niet duidelijk. Het is niet bekend wat zich in en rond de singulariteit precies afspeelt, aangezien de algemene relativiteitstheorie op zulke kleine afstanden niet meer exact geldig is. Om dit probleem op te lossen, zal de relativiteitstheorie gecombineerd moeten worden met de kwantummechanica tot een nog onbekende theorie van de kwantumzwaartekracht. De snaartheorie en de daarvan afgeleide M-theorie zijn hypothesen die dit proberen door één universele basistheorie op te stellen.
Bij een kernmassa tussen de 3 en 5 maal de massa van de zon eindigt de ster als een quarkster. Bij een kernmassa tussen 1,4 en 3 maal de massa van de zon eindigt de ster na een supernova als neutronenster. Bij een massa kleiner dan 1,4 maal de massa van onze zon blijft een witte dwerg over, die vervolgens zeer langzaam afkoelt tot zwarte dwerg.
