在宇宙中,黑洞基本上是从大质量恒星的核心区域坍缩而成的。当大质量恒星死亡时,其核心区域的所有物质都被挤压成一个无限小的奇点,导致从奇点到光无法逃逸的某个范围内的空。这是个黑洞。
理论上,只有当恒星核心区域的质量比太阳大3倍时,其自身引力才会碾压中子简并压,从而坍缩成黑洞。此外,很多星系的中心都存在超大质量黑洞,其质量至少是太阳的几十万倍,最多是太阳的几百亿倍。比如银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,质量相当于431万个太阳。
一般来说,黑洞的视界就是黑洞的边界。在黑洞的活动视界内,光无法摆脱黑洞的引力束缚。黑洞的事件视界与奇点之间的距离称为史瓦西半径(由物理学家史瓦西首次计算),其大小取决于黑洞的质量。具体公式如下:
g代表引力常数,M代表黑洞质量,C代表光速。
从上式可以看出,黑洞质量越大,史瓦西半径越大。由于恒星黑洞的质量下限是太阳质量的3倍,因此对应的史瓦西半径下限为8.86公里。对于人马座A*,其史瓦西半径约为1300万公里。
此外,从黑洞的史瓦西半径计算出的体积是:
从上式可以看出,黑洞的体积与其质量的三次方成正比。
另一方面,黑洞的平均密度可以由下式得到:
从上式可以看出,黑洞的平均密度与其质量的平方成反比,也就是说质量越大,平均密度越低。但是如果我们考虑奇点的密度,奇点的密度是无限的,因为黑洞的质量集中在一个无限小的区域。