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黑洞是时空中的一个区域，其引力极其强大，以至于没有任何事物（包括光）能够从其事件视界中逃逸。黑洞的中心是一个被称为奇点的区域，那里的物质被压缩到无限密度。围绕奇点的是事件视界，这是一个无法返回的边界——一旦越过这个边界，即使是光也无法逃脱黑洞的引力。
黑洞通常由大质量恒星死亡后形成。当恒星耗尽其核燃料后，核心会因为自身引力而坍缩。对于质量足够大的恒星，没有任何已知的力能够阻止这种坍缩。核心继续压缩，最终形成一个密度无限大的奇点，周围是事件视界，这就是黑洞。根据爱因斯坦的广义相对论，当物质被压缩到足够小的体积时，时空本身会弯曲到极端程度，形成黑洞。
黑洞的结构比我们想象的要复杂。在中心是奇点，这是一个理论上密度无限大的点，所有坍缩的物质都被压缩在这里。围绕奇点的是事件视界，这是一个无法返回的边界。任何越过事件视界的物质或光都无法逃脱。许多黑洞周围有吸积盘，这是由被黑洞引力捕获但尚未越过事件视界的物质组成的。这些物质高速旋转，产生强烈的摩擦和热量，发出明亮的光。一些黑洞还有从其极点喷射出的高能粒子流，称为喷流，这些喷流可以延伸数千光年。
黑洞根据其质量和形成方式可以分为几种主要类型。恒星级黑洞是最常见的类型，由大质量恒星在其生命周期结束时坍缩形成，质量通常为太阳质量的3到100倍。超大质量黑洞位于大多数星系的中心，包括我们的银河系，其质量可达太阳质量的数百万到数十亿倍。这些巨大的黑洞是如何形成的仍然是一个谜，可能是通过多个黑洞合并或直接从大量气体云坍缩而成。中等质量黑洞介于恒星级和超大质量黑洞之间，质量为太阳质量的100到10万倍。这类黑洞较为罕见，可能存在于球状星团中。