Trous NoirsSingularités de l'espace-temps

Un trou noir est caractérisé par son horizon des événements — la frontière à sens unique au-delà de laquelle rien ne peut s'échapper. Il n'a pas de surface physique. Pour un trou noir de Schwarzschild (sans rotation ni charge), la structure est décrite par quelques grandeurs fondamentales.

Les trous noirs sont la prédiction la plus spectaculaire de la relativité générale d'Einstein (1915). Près de l'horizon, le temps s'écoule différemment — la dilatation temporelle gravitationnelle est extrême : un observateur distant voit un objet chutant « geler » à l'horizon, rougissant infiniment (décalage gravitationnel vers le rouge). L'objet lui-même franchit l'horizon en un temps fini selon sa propre horloge.

Stephen Hawking (1974) a démontré qu'en combinant mécanique quantique et relativité générale, les trous noirs rayonnent — le rayonnement de Hawking : des paires particule-antiparticule créées près de l'horizon, l'une tombant dedans et l'autre s'échappant. Ce processus entraîne l'évaporation progressive du trou noir sur une durée astronomique (10⁶⁷ ans pour 1 M☉). Ce résultat soulève le paradoxe de l'information : l'information sur la matière ingérée est-elle détruite ou encodée dans le rayonnement Hawking ? La question reste ouverte.

En septembre 2015, les détecteurs LIGO (USA) ont enregistré pour la première fois des ondes gravitationnelles — des ondulations de l'espace-temps prédites par Einstein en 1916 — provenant de la fusion de deux trous noirs à 1,4 milliard d'années-lumière. Cette détection (GW150914, Prix Nobel 2017) a ouvert la fenêtre de l'astronomie gravitationnelle.

L'Event Horizon Telescope (EHT) est un réseau mondial d'observatoires radio formant un interféromètre de la taille de la Terre (résolution angulaire ~20 µas). En combinant les données de 8 observatoires sur 4 continents par technique VLBI (Very Long Baseline Interferometry), il a produit les deux premières images d'ombres de trous noirs.

En avril 2019, la collaboration EHT a publié l'image du trou noir M87* (galaxie M87, Virgo A), masse 6,5 × 10⁹ M☉, à 55 millions d'années-lumière. L'ombre elliptique et l'anneau brillant asymétrique (due à l'effet Doppler de la rotation du disque) correspondent aux prédictions de la relativité générale avec une précision de 5 %. En mai 2022, l'image de Sagittarius A* (centre galactique, 4,15 × 10⁶ M☉, 26 000 al) a été publiée — techniquement plus difficile car 1 000× plus petit angulairement que M87* et variable sur l'échelle de minutes. En 2024, les premières images de polarisation de M87* (structure du champ magnétique) ont été publiées, révélant la dynamique d'un jet relativiste.