三位获奖者因发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞——而分享了2020年的诺贝尔物理学奖。其中，罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)因通过广义相对论证明了黑洞的形成，获得一半奖金。莱因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）则因为发现银河系中心的超高质量高密度物质共享另一半奖金。而对于这个超高质量高密度物质，超大质量黑洞是目前已知的唯一解释。
获奖者之一的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)用巧妙的数学方法证明了黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果。虽然爱因斯坦本人并不相信黑洞真的存在，世上怎么会有这么奇怪的东西？不仅质量超大，还能捕获一切进入其中的物质。任何东西，包括光在内，都无法从黑洞中逃逸。
1965年1月，在爱因斯坦去世10年之后，罗杰·彭罗斯证明了黑洞确实存在，并详细描述了黑洞的特征：黑洞中隐藏一个“奇点”，在那里，所有已知的自然规律都不复存在。直到今天，彭罗斯的研究仍被认为是除爱因斯坦之外对广义相对论最重要的贡献。
而另外两位获奖者莱因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·盖兹（Andrea Ghez）则分别带领着各自的天文团队，从20世纪90年代开始，一直专注于观测研究银河系中心的人马座A*区域。随着距离银河系中心最近的恒星的轨道被越来越精确地测绘出来，两个小组得出了一致的结论，有一个质量极大且看不见的物体，吸引着这些恒星，导致它们以令人眼花缭乱的速度飞快地跑来跑去。
而这个物体的密度也不是一般的大，相当于在一个不大于太阳系的区域内，挤满了400万颗太阳。根据现有的引力理论，这个位于银河系中心的奇怪物体只有可能是一个超大质量的黑洞。
利用世界上最大的望远镜，根策尔和盖兹开发出一种可以透过星际气体和尘埃观测银河系中心的方法。他们突破了技术的限制，改进了观测方法，抵消了地球大气层造成的干扰。他们的开创性工作为我们提供了银河系中心有一个超大质量黑洞的最令人信服的证据。恒星的轨道是迄今为止最令人信服的证据，证明超大质量黑洞就藏在人马座A*区域。