Nel caso in cui la stella esplodente abbia una massa superiore a 3-5 masse solari il collasso della stella non si arresterà mai e si formerà un buco nero.
Dunque un buco nero è la fase finale del collasso di una supernova avente, in accordo con la teoria della relatività generale, una tale concentrazione di massa in pochissimo spazio da provocare un incurvamento dello spazio stesso tanto forte da farlo diventare una specie d’imbuto gravitazionale che ingoierà corpi e radiazioni.
In particolare, le radiazioni elettromagnetiche (e quindi anche la luce) che si trovino a passare a migliaia di chilometri di distanza dal buco nero vengono deviati in modo impercettibile dalla loro traiettoria. Fasci di radiazioni che passano sempre più vicino al buco nero, risentono sempre più della sua attrazione gravitazionale, tanto da poter essere intrappolati e costretti a descrivere orbite circolari attorno ad esso, senza poter più sfuggire.
In questo caso, si può calcolare approssimativamente la dimensione di un buco nero utilizzando il concetto di velocità di fuga.
Infatti, tenuto conto che se la velocità di fuga dal buco nero è superiore alla velocità della luce stessa ($c\approx 3.0\times 10^{8}m/s$) la radiazione luminosa è costretta a circumnavigare il buco nero, applicando la formula della velocità di fuga:
\[v_{f}=\sqrt{\frac{2GM}{R}}\]
si ha:
\[c=\sqrt{\frac{2GM}{R}}\, \, \rightarrow \, \, R=\frac{2GM}{c^{2}}\]
ove R viene detto raggio di Schwarzschild, G è la costante gravitazionale ed M la massa di un corpo sferico di raggio R.
Di conseguenza la superficie della sfera di raggio R definisce ciò che viene chiamato l’orizzonte degli eventi, poiché tutto ciò che avviene ad una distanza inferiore ad R dal centro del buco nero non è visibile ad un osservato esterno, dato che nemmeno la luce riesce ad uscire dall’orizzonte degli eventi.
In conclusione, il raggio del buco nero è inferiore ad R.