اگر یک توپ را به بالا پرتاب کنید چه اتفاقی می‌افتد؟! بسیار واضح است که بعد از طی مسافت کوتاهی توپ دوباره به طرف زمین بر مي‌گردد.
 این اتفاق به ظاهر ساده را حدود 330 سال پیش نیوتن متوجه شد و درباره مفهوم گرانش در زمین و سیاره­‌های دیگر توضیحات زیادی داد.
حالا تصور کنید که این توپ را با سرعت بسیار زیادی به بالا پرتاب می‌كنید، این سرعت آن­‌قدر اندازه‌­اش بزرگ است که توپ می‌تواند از نیروی گرانش زمین خارج شود و به حرکت در مسیرش ادامه دهد. به چنین سرعتی «سرعت گریز» یک جسم می­‌گویند.

تصويري از يك ستاره غول‌پيكر كه در حال كشيده شدن به درون سياه‌چاله‌اي است كه 1500 بار از خورشيد بزرگ‌تر است.
سرعت گریز یک جسم حداقل سرعت برای غلبه بر میدان گرانش جسم دیگر است. این سرعت به جرم جسم بستگی دارد، یعنی هر چه قدر جرم جسم بیشتر باشد، نیروی گرانش آن بیشتر و سرعت لازم برای غلبه بر آن هم بیشتر است. سرعت گریز کره زمین حدود 11 کیلومتر بر ثانیه است، یعنی اگر بتوانیم به جسمی چنان شتابی بدهیم که با سرعت 11 کیلومتر بر ثانیه حرکت کند، این جسم از نیروی گرانش زمین خارج می‌شود. بد نیست بدانید که این سرعت برای خورشید که بزرگ‌ترین ستاره منظومه شمسی است برابر 660 کیلومتر بر ثانیه است.
سیاه‌چاله به محدوده‌اي از فضا گفته مي‌شود که جرم بسیار زیادی دارد که در یک جا متمرکز شده و هیچ جسمی نمی‌تواند از جاذبه آن فرار کند، به همین دلیل گفته مي‌شود که سیاه‌چاله‌ها همه چیز را به طرف خودشان می‌كشند. در واقع سرعت گریز برای بیشتر سیاه‌چاله‌ها از سرعت نور هم بیشتر است. یعنی اگر نوری وارد یک سیاه‌چاله شود توانایی عبور از آن را ندارد و به همین علت است که به سیاه‌چاله‌ها «سیاه» گفته مي‌شود چرا که حتی نور را در خود از بین می‌برند. به بیان دیگر از آنجا که هیچ جسمی نمی‌تواند با سرعت بیشتر از نور حرکت کند، در سیاه‌چاله‌ها از هم متلاشی می‌شود. اولین بار این مفهوم را یک زمین­‌شناس به نام جان میچل در سال 1783 میلادی مطرح کرد. او این گونه نظریه خودش را بیان کرد که اگر جسمی در کیهان وجود داشته باشد که شعاعش 500 برابر شعاع خورشید باشد، هیچ شيئي نمی‌­تواند از نیروی جاذبه آن خارج شود و دچار فروپاشی می‌شود، چون سرعت گریز آن از سرعت گریز نور هم بیشتر خواهد شد. اما کلمه سیاه‌چاله اولین بار توسط فیزیک‌دان معروف امریکایی «جان آرچیبالد میلر» استفاده شد، وقتی که او در يك سخنرانی در سال 1967 به جای گفتن «ستارگان تاریک» که آن زمان رایج شده بود، از اصطلاح «سیاه‌چاله» استفاده کرد.

تصويري فرضي از نوع‌هاي مختلف سياه‌چاله‌ها

تصوير فرضي ديگري از نوع‌هاي مختلف سياه‌چاله‌ها

مدل شبيه‌سازي شده از زمان به وجود آمدن يك سياه‌چاله كم جرم

سیاه‌چاله‌ها انواع مختلفی دارند که معروف‌ترین طبقه‌بندی آنها بر اساس جرمشان است. به طور کلی می‌توان آنها را به سه دسته سیاه‌چاله‌هاي پرجرم، سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط و سیاه‌چاله‌های كوچك تقسیم کرد. سیاه‌چاله‌های پر جرم همان‌طور که از اسمشان پیداست جرمی میلیون‌­ها برابر خورشید دارند و بر اساس حدس‌های ستاره­‌شناسان در مرکز همه کهکشان­‌ها وجود دارند. گفته می‌­شود که بزرگ­‌ترین سیاه‌چاله‌­ای که تا به حال شناخته شده است جرمش 18 میلیارد برابر جرم خورشید است! سیاه‌چاله‌های متوسط آنهایی هستند که جرمی کمتر از دسته اول دارند، یعنی چندین هزار برابر جرم خورشید هستند و به احتمال زیاد از برخورد سیاه‌چاله‌های کوچک‌­تر به وجود آمده­‌اند. سياه‌چاله‌هاي ديگري هم وجود دارند كه كوچك‌تر از خورشيد هستند. اما طبقه­ بندی کلی­‌تری هم درباره سیاه‌چاله‌ها وجود دارد که آنها را به دو دسته چرخشی و غیر چرخشی تقسیم می‌كند.
این حفره­‌های تاریک و ترسناک که سال‌هاست دانشمندان را درگیر خود کرده‌اند، بخش‌های مختلفی دارند که معروف‌ترین آن «افق رویداد» نام دارد. این قسمت از سیاه‌چاله در واقع همان محدوده‌ای است که هیچ چیز یعنی حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد.
به كمك اين بخش از چاله‌هاي سياه، بزرگي آنها تعیین مي‌شود.به ناحیه ديگري از یک سیاه‌چاله که چگالی آن بی‌نهایت است و در مركز قرار دارد « تکینگی» مي‌گویند.
اما مسئله مهم درباره سياه‌چاله‌ها اين است كه دانشمندان چگونه آنها را در فضا شناسايي مي‌كنند. در پاسخ به اين سؤال بايد گفت زمانی كه كيهان‌شناسان یک حلقه متمرکز و چرخان را می‌بینند که ماده‌های اطراف آن مثل ستاره‌ها در حال سقوط به درون آن هستند، به وجود یک سیاه‌چاله پی می‌برند. از طرف ديگر پرتوهای ایکس و فرابنفش زیادی كه از اجرام در حال گردش ساطع می‌شوند به همراه بار الكتريكي سياه‌چاله‌ها، به کیهان‌شناسان در تشخیص سیاه‌چاله‌ها کمک می‌کنند.
تا به حال نظريه‌هاي زيادي درباره چگونگي به وجود آمدن سياه‌چاله مطرح شده است اما معروف‌ترين آن مربوط به ستاره‌هاي بسيار بزرگي است كه یا در حال مرگ‌اند و یا از بین رفته‌اند. در واقع ستاره‌های بسیار بزرگ وقتی در شرایطي قرار مي‌گيرند که نمی‌توانند نیروی جاذبه خودشان را تحمل کنند، به درون خودشان کشیده می‌شوند و در چنین وضعیتی به یک حفره بزرگ تبدیل می­‌شوند که همه چیز را به درون خودشان می­‌بلعند.