On sekizinci yüzyılın sonlarında İngiliz rahip ve doğa bilimci John Michell, ilginç bir düşünce ortaya attı. Newton'ın kütle çekimi yasasından yola çıkarak, yeterince büyük kütleli ve yoğun bir yıldızın, yüzeyinden ışığın bile kaçmasına izin vermeyecek kadar güçlü bir çekime sahip olabileceğini hesapladı. Böyle bir yıldız, uzayda tamamen karanlık görünecekti. Michell'in bu öngörüsü uzun süre unutuldu. Ancak yaklaşık bir buçuk asır sonra, Einstein'ın genel görelilik kuramı bu düşünceyi çok daha tuhaf ve etkileyici bir biçimde yeniden gündeme getirdi.

Einstein'ın kuramına göre kütle, çevresindeki uzay ve zamanı büker. Bir cismin kütlesi ne kadar büyük ve ne kadar küçük bir hacme sıkışmışsa, bu bükülme de o kadar güçlü olur. 1916 yılında, Birinci Dünya Savaşı sırasında cephede görev yapan Alman fizikçi Karl Schwarzschild, Einstein'ın denklemlerinin bir çözümünü buldu. Bu çözüm, belirli bir sınırın içine sıkıştırılmış bir kütlenin, uzay zamanı o kadar büktüğünü gösteriyordu ki bu sınırın içinden hiçbir şey, ışık bile dışarı çıkamıyordu.

Bu sınıra olay ufku adı verilir. Olay ufku, kara deliğin geri dönüşü olmayan noktasıdır. Bir nesne olay ufkunu geçtiğinde, kara deliğin çekiminden kurtulmak için ışık hızından daha hızlı hareket etmesi gerekir. Görelilik kuramına göre hiçbir şey ışıktan hızlı hareket edemeyeceği için, olay ufkunun içine düşen her şey sonsuza kadar orada kalır. Olay ufkunun içinden dışarıya hiçbir bilgi ulaşamaz.

Uzun yıllar boyunca pek çok fizikçi, kara deliklerin yalnızca matematiksel bir merak olduğunu ve doğada gerçekten var olamayacağını düşündü. Einstein bile böyle nesnelerin gerçekte oluşabileceğinden kuşkuluydu. Ancak yirminci yüzyılın ortalarında yıldızların yaşam döngüsü üzerine yapılan çalışmalar, bu düşünceyi değiştirdi. Çok büyük kütleli bir yıldız, yakıtını tükettiğinde kendi kütle çekimine karşı koyamaz ve çöker. Yıldızın kütlesi yeterince büyükse, hiçbir fiziksel kuvvet bu çöküşü durduramaz ve bir kara delik oluşur.

Kara delikler ışık yaymadığı için doğrudan görülemez. Ancak çevrelerindeki maddeler üzerindeki etkileri gözlemlenebilir. Bir kara delik, yakınındaki bir yıldızdan gaz çektiğinde, bu gaz kara deliğin çevresinde hızla dönen bir disk oluşturur. Disk içindeki gaz, sürtünme nedeniyle milyonlarca dereceye kadar ısınır ve güçlü X ışınları yayar. Gökbilimciler, yetmişli yıllardan itibaren bu tür X ışını kaynaklarını inceleyerek kara deliklerin varlığına dair güçlü kanıtlar elde ettiler.

Kara delikler, kütlelerine göre farklı gruplara ayrılır. Büyük kütleli yıldızların çökmesiyle oluşan yıldız kütleli kara delikler, genellikle Güneş'in birkaç katından birkaç on katına kadar kütleye sahiptir. Galaksilerin merkezlerinde ise milyonlarca, hatta milyarlarca Güneş kütlesine sahip süper kütleli kara delikler bulunur. Bu dev kara deliklerin nasıl bu kadar büyüdüğü, hâlâ tam olarak anlaşılamamış önemli bir sorudur.

Kendi galaksimiz Samanyolu'nun merkezinde de süper kütleli bir kara delik bulunur. Bu kara deliğin varlığı, onun çevresinde dönen yıldızların on yıllar boyunca dikkatle izlenmesiyle kanıtlandı. Gökbilimciler, bazı yıldızların görünmeyen bir noktanın çevresinde son derece hızlı yörüngelerde döndüğünü gözlemledi. Bu yörüngelerin hesaplanması, merkezdeki nesnenin yaklaşık dört milyon Güneş kütlesine sahip olduğunu ve son derece küçük bir alana sıkıştığını gösterdi. Bu buluş, 2020 yılında Nobel Fizik Ödülü ile onurlandırıldı.

2019 yılında ise insanlık, bir kara deliğin ilk görüntüsüne kavuştu. Dünyanın farklı bölgelerindeki radyo teleskoplarının birlikte çalıştırılmasıyla, adeta Dünya büyüklüğünde sanal bir teleskop oluşturuldu. Bu teleskop ağı, yaklaşık elli beş milyon ışık yılı uzaklıktaki bir galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin çevresini görüntüledi. Görüntüde, kara deliğin gölgesini çevreleyen parlak, halka biçimli bir yapı görülüyordu. Bu görüntü, Einstein'ın kuramının öngörüleriyle büyük bir uyum gösteriyordu. Birkaç yıl sonra aynı yöntemle Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin görüntüsü de elde edildi.

Kara deliklerin en şaşırtıcı özelliklerinden biri, çevrelerindeki zamanın akışını etkilemeleridir. Bir kara deliğin olay ufkuna yaklaştıkça zaman, uzaktaki bir gözlemciye göre giderek yavaşlar. Uzaktan izleyen biri için, kara deliğe düşen bir nesne olay ufkuna yaklaştıkça yavaşlıyor, giderek sönükleşiyor ve sonunda adeta donup kalıyormuş gibi görünür.

İngiliz fizikçi Stephen Hawking, yetmişli yıllarda kuantum fiziğini kara deliklere uygulayarak şaşırtıcı bir sonuca ulaştı. Hawking'e göre kara delikler tamamen kara değildi; olay ufkunun yakınında gerçekleşen kuantum olayları nedeniyle çok zayıf bir ışınım yayıyorlardı. Bu ışınım nedeniyle kara delikler, akıl almaz derecede uzun zaman dilimlerinde yavaş yavaş enerji kaybedip buharlaşabilirdi. Hawking ışınımı adı verilen bu olgu henüz gözlemlenmemiştir; ancak kuramsal fizikte önemli tartışmalara yol açmıştır.

Bir zamanlar yalnızca kâğıt üzerinde var olduğu düşünülen kara delikler, bugün evrenin en ilgi çekici ve en çok araştırılan nesneleri arasındadır. Bu karanlık nesneler, uzay, zaman ve maddenin doğasına ilişkin en derin soruları sormamızı sağlamaya devam etmektedir.