中子星和黑洞是宇宙中密度和引力最強大的兩類頗具神秘感的天體。光是中子星就已經夠不可思議了，偏偏還要添上黑洞。它是宇宙中的死亡陷井和無底深淵，沒有物質能擺脫它的強大引力，包括光線。在它附近，今天的所有物理定律都顯得不適用了。

我們知道，當恆星走完其漫長的一生後，小質量和中等質量的恆星將成為一顆白矮星，大質量和超大質量的恆星則會導致一次超新星爆發。超新星爆發後恆星如何演變將取決于剩下星核的質量。印度天體物理學家昌德拉塞卡于上世紀三十年代末發現，當留下的星核質量達到太陽的一點四倍時，其引力將大到足以把星核內的原子壓縮到使電子和質子結合成中子的程度。此時這顆星核就成了一顆中子星，其密度相當于把一個半太陽的質量塞進直徑約二十四公里的一個核內。

中子星的表面溫度約為一百十萬度，輻射χ射線、γ射線和和可見光。中子星有極強的磁場，它使中子星沿著磁極方向發射束狀無線電波（射電波）。中子星自轉非常快，能達到每秒幾百轉。中子星的磁極與兩極通常不吻合，所以如果中子星的磁極恰好朝向地球，那麼隨著自轉，中子星發出的射電波束就會象一座旋轉的燈塔那樣一次次掃過地球，形成射電脈沖。人們又稱這樣的天體為“脈沖星”。

超新星爆發後，如果星核的質量超過了太陽質量的兩至三倍，那它將繼續坍縮，最後成為一個體積無限小而密度無窮大的奇點，從人們的視線中消失。圍繞著這個奇點的是一個“無法返回”的區域，這個區域的邊界稱為“視野”或“事件地平”，區域的半徑叫做“史瓦西半徑”。任何進入這個區域的物質，包括光線，都無法擺脫這個奇點的巨大引力而逃逸，它們就像掉進了一個無底深淵，永遠不可能返回。

天文學家稱這種由于恆星死亡形成的天體為恆星級黑洞。一般認為，宇宙中的大多數黑洞是由恆星坍縮形成的。此外，在許多恆星系的中心也有一個因引力坍縮而形成的超大質量黑洞，比如在類星體星系的中心。在宇宙誕生初期可能曾經形成過很多微型黑洞（太初黑洞），這些黑洞的體積很小，質量相當于一座大山。

雖然黑洞本身不可見，但可以用至少兩種方法檢測出它的存在。當一個黑洞吸引塵埃、氣體或恆星時，它的強大引力會把這些物質撕碎成原子微粒，原子微粒會從黑洞的邊緣沿螺旋線墜向中心，速度會越來越快，直至達到每秒九百多公里。當物體被黑洞吞沒時，會因為互相踫撞而使溫度上升到幾百萬度，並發出χ射線和γ射線。在宇宙中，只有黑洞能使物體在密集的軌道上加速到如此高的速度；也只有黑洞才會以這種方式發射χ射線和γ射線。

任何物質或輻射到達黑洞邊緣，越過它的視界就永遠消失了。在黑洞的奇點附近，現有的任何物理定律都是不適用的。黑洞的奇點和我們現已認識的宇宙中的所有物質狀態截然不同。到目前為止，還沒有任何科學方法能用來測量黑洞。現在我們說找到了一個黑洞都是通過間接途徑推算出來的。