หลุมดำเกิดจากพลังงานและความหนาแน่นของมวลที่มีมากเกินกว่าให้เรื่องแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นในพื้นที่เล็ก ๆ การเกิดหลุมดำมีขั้นตอนหลัก ๆ สองขั้นตอน คือ
- การสูญเสียความสมดุลของดาว: ดาวที่มีมวลใหญ่มักมีชีวิตเชิงนิวเคลียร์ที่รุนแรงกว่าดาวที่มีมวลเล็กกว่า ดาวที่มีมวลใหญ่จะเผาไหม้เชื้อเพลิงในนิวเคลียร์อย่างรวดเร็วทำให้พวกเขามีอายุสั้นกว่าดาวที่มีมวลเล็กกว่า เมื่อเชื้อเพลิงสำคัญ เช่น ไฮโดรเจน ฮีเลียม คาร์บอน และนีออน หมดไป ดาวจะสูญเสียความสมดุลระหว่างแรงดันยานพาหนะและแรงโน้มถ่วง
- การยุบตัวลงของดาว: เมื่อดาวสูญเสียความสมดุลนี้ มันจะเริ่มยุบตัวลง ในกรณีของดาวที่มีมวลใหญ่พอ การยุบตัวลงของดาวอาจทำให้แกนกลางของดาวยุบตัวลงอย่างรุนแรงจนเกิดหลุมดำ หลุมดำที่เกิดขึ้นนี้จะมีความหนาแน่นของมวลสูงมากจนถึงขั้นที่แม้แสงก็ไม่สามารถหลุดพ้นแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้
หลุมดำมีหลายประเภทส่วนใหญ่จะแบ่งหลุมดำออกเป็นสามประเภทหลัก คือ:
- หลุมดำน้ำหนักเบา (Stellar-mass black holes): เป็นหลุมดำที่เกิดจากการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาของดาวที่มีมวลใหญ่พอ หลังจากระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ส่วนกลางของดาวที่ยังคงอยู่อาจยุบตัวลงและกลายเป็นหลุมดำ
- หลุมดำน้ำหนักปานกลาง (Intermediate-mass black holes): หลุมดำประเภทนี้มีมวลระหว่างหลุมดำน้ำหนักเบาและหลุมดำน้ำหนักจักรวาล คือ เป็นหลุมดำที่มีมวลระหว่างสามสิบถึงหลายแสนเท่าของดวงอาทิตย์ ปัจจุบันนักดาราศาสตร์กำลังศึกษาเพื่อค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทของหลุมดำนี้
- หลุมดำน้ำหนักจักรวาล (Supermassive black holes): หลุมดำประเภทนี้มีมวลมากกว่าล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ความเข้าใจที่แพร่หลายคือหลุมดำน้ำหนักจักรวาลอยู่ที่ศูนย์กลางของกาแล็กซี่ ซึ่งรวมถึงกาแล็กซี่ของเราเอง ทางช้างเผือก การสร้างหลุมดำน้ำหนักจักรวาลยังเป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์กำลังค้นคว้าอยู่
