Un trou noir, c’est quoi ?

Un trou noir est une région de l’espace où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper une fois franchie sa frontière, appelée horizon des événements. Il se forme le plus souvent quand une étoile massive s’effondre sur elle-même en fin de vie. Ce n’est pas un « trou » au sens propre, ni un aspirateur cosmique : c’est une concentration extrême de masse dans un volume minuscule, prédite par la relativité générale d’Einstein dès 1915. Longtemps resté une curiosité mathématique, le trou noir est devenu un objet d’observation courante : deux ont été photographiés par l’Event Horizon Telescope (M87* en 2019, Sagittarius A* en 2022) et 391 fusions d’objets compacts figurent au catalogue GWTC de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, d’après l’API du GWOSC interrogée en juillet 2026. Cet article reprend la définition pas à pas : d’où vient un trou noir, quelles familles existent, et ce que l’on observe réellement.

La définition physique : une affaire de gravité, pas de couleur

Tout part de la relativité générale, publiée par Albert Einstein en 1915 : la masse déforme l’espace-temps, et cette déformation guide la trajectoire de tout ce qui passe, lumière comprise. Dès 1916, le physicien allemand Karl Schwarzschild calcule ce qui arrive quand on concentre une masse donnée dans un rayon suffisamment petit. Sous un certain seuil, aujourd’hui appelé rayon de Schwarzschild, la déformation devient telle que plus aucune trajectoire ne ressort. La surface qui marque ce point de non-retour est l’horizon des événements.

Pour donner un ordre de grandeur : le rayon de Schwarzschild du Soleil vaut environ 3 kilomètres. Transformer notre étoile en trou noir, c’est l’équivalent de compresser toute sa masse — 330 000 fois celle de la Terre — dans une sphère de 6 kilomètres de diamètre, la taille d’une petite ville. Rien ne peut faire subir ce sort au Soleil, et c’est justement le point clé : un trou noir n’apparaît que lorsqu’un mécanisme physique parvient à comprimer la matière au-delà de ce seuil.

Un trou noir « nu » n’émet donc aucune lumière. Ce que les télescopes voient, c’est son entourage : le disque d’accrétion, un tourbillon de gaz chauffé à des millions de degrés qui spirale vers l’horizon, et parfois des jets relativistes, des faisceaux de matière éjectés le long de l’axe de rotation à une vitesse proche de celle de la lumière.

Comment se forme un trou noir

Le canal principal est l’effondrement gravitationnel d’une étoile massive. Une étoile passe sa vie en équilibre : la fusion nucléaire de son cœur pousse vers l’extérieur, la gravité tire vers l’intérieur. Quand une étoile d’une vingtaine de masses solaires ou plus épuise son carburant, la pression interne cède d’un coup. Le cœur s’effondre en une fraction de seconde, les couches externes sont soufflées dans une explosion de supernova, et si le résidu central dépasse environ trois masses solaires — trop lourd pour se stabiliser en étoile à neutrons —, rien n’arrête plus la contraction : un trou noir stellaire est né.

Deux autres voies existent. Des trous noirs déjà formés peuvent fusionner entre eux, donnant un trou noir plus massif — ce sont précisément les fusions de trous noirs détectées par ondes gravitationnelles depuis 2015. Et dans l’Univers jeune, d’immenses nuages de gaz ont pu s’effondrer directement, une piste étudiée pour expliquer les trous noirs supermassifs précoces repérés par le télescope spatial James Webb.

Les trois familles de trous noirs

Les trous noirs connus se répartissent en trois familles, séparées par leur masse. Le tableau ci-dessous les résume avec, pour chacune, un exemple nommé et le mécanisme de formation privilégié.

La quasi-totalité des grandes galaxies, Voie lactée comprise, héberge un trou noir supermassif en son centre. Le nôtre, Sagittarius A*, pèse environ 4 millions de masses solaires : c’est le résultat des mesures menées sur trois décennies par les équipes de Reinhard Genzel et Andrea Ghez, qui ont suivi les orbites d’étoiles autour d’un point invisible — un travail récompensé par le prix Nobel de physique 2020, partagé avec Roger Penrose pour la démonstration théorique que les trous noirs sont une conséquence robuste de la relativité générale.

Ce qu’on observe réellement : images et ondes gravitationnelles

Le trou noir a longtemps souffert d’un paradoxe : objet invisible par définition, comment prouver son existence ? La réponse est venue de deux directions à quelques années d’intervalle.

D’abord l’image directe. En avril 2019, l’Event Horizon Telescope — un réseau de radiotélescopes répartis sur toute la planète, fonctionnant comme un instrument virtuel de la taille de la Terre — publie la première image d’un trou noir : M87*, au cœur de la galaxie M87, à 55 millions d’années-lumière. On y voit un anneau de lumière entourant une zone sombre, l’« ombre » projetée par l’horizon des événements sur le disque de gaz chaud. En mai 2022, la même collaboration publie l’image de Sagittarius A*, notre trou noir central. Les deux clichés correspondent, aux incertitudes de mesure près, aux prédictions de la relativité générale.

Ensuite l’écoute. Le 14 septembre 2015, les détecteurs LIGO enregistrent pour la première fois les ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux trous noirs, l’événement GW150914. Depuis, les campagnes successives de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA ont transformé l’exception en routine : le catalogue GWTC recense 391 détections confiantes d’objets compacts, d’après l’API publique du GWOSC interrogée en juillet 2026. Parmi les événements dont les masses sont publiées, au moins 273 sont des fusions de deux trous noirs, contre 9 seulement impliquant une étoile à neutrons. Chaque fusion pèse, mesure et localise des trous noirs sans avoir besoin de les voir — une démographie entière de la famille stellaire s’est ouverte en dix ans.

Une troisième fenêtre s’ajoute depuis peu : l’infrarouge profond. Nous détaillons dans notre dossier ce que le James Webb apprend sur les premiers trous noirs, ces objets déjà massifs observés moins d’un milliard d’années après le Big Bang, dont l’existence bouscule les scénarios de croissance.

Que se passe-t-il à l’intérieur ?

Pour un objet qui tombe vers un trou noir stellaire, le voyage se termine avant même l’horizon : la gravité tirant beaucoup plus fort sur les pieds que sur la tête, le corps est étiré verticalement et comprimé latéralement. Les physiciens appellent cet effet de marée extrême la spaghettification — le terme est officiel, l’image aussi. Autour d’un trou noir supermassif, en revanche, l’horizon est si vaste que le franchissement se ferait sans secousse notable : l’effet de marée y est paradoxalement plus doux.

Au-delà de l’horizon, la relativité générale prédit que toute la matière converge vers une singularité, un point de densité infinie où les équations cessent de fonctionner. La plupart des physiciens y voient moins une réalité qu’un signal : celui qu’il manque une théorie de la gravité quantique pour décrire ce régime. Stephen Hawking a montré en 1974 qu’un trou noir n’est d’ailleurs pas parfaitement noir : il devrait s’évaporer très lentement en émettant un rayonnement thermique, dit rayonnement de Hawking — un effet jamais mesuré à ce jour, car il est infime pour tout trou noir de masse astrophysique.

Questions fréquentes

Comment se forme un trou noir ?

Principalement par l’effondrement du cœur d’une étoile massive (plus d’une vingtaine de masses solaires) en fin de vie, lors d’une supernova. Si le résidu dépasse environ trois masses solaires, rien n’arrête la contraction. Les trous noirs grossissent ensuite par accrétion de gaz et par fusions entre eux.

Que se passe-t-il si on y tombe ?

Près d’un trou noir stellaire, les effets de marée étirent tout objet bien avant l’horizon : c’est la spaghettification. Près d’un supermassif, l’horizon pourrait être franchi sans dommage immédiat, mais sans retour possible : aucune trajectoire ne ressort de l’horizon des événements.

A-t-on déjà photographié un trou noir ?

Oui, deux fois. L’Event Horizon Telescope a publié l’image de M87* en avril 2019, puis celle de Sagittarius A* en mai 2022. On y voit l’anneau de gaz chaud entourant l’ombre de l’horizon, conformes aux prédictions de la relativité générale.

Le Soleil deviendra-t-il un trou noir ?

Non. Le Soleil est bien trop léger : en fin de vie, dans environ 5 milliards d’années, il gonflera en géante rouge puis se contractera en naine blanche, sans jamais atteindre le seuil d’effondrement. Il faut environ vingt fois sa masse pour finir en trou noir.

Ce qu’on ignore encore

La définition est solide, les observations abondent, mais deux questions restent ouvertes. La première : que remplace réellement la singularité, cette limite où nos équations divergent ? Tant qu’une théorie de la gravité quantique n’est pas confirmée, l’intérieur profond d’un trou noir reste un territoire non décrit. La seconde : le paradoxe de l’information — si un trou noir s’évapore par rayonnement de Hawking, que devient l’information de tout ce qu’il a avalé ? La mécanique quantique interdit sa destruction, la relativité semble l’imposer, et cinquante ans de débats n’ont pas tranché. Les prochains catalogues de fusions et les campagnes à venir de l’EHT resserreront les mesures ; ces deux énigmes-là, elles, attendent encore leur idée neuve. Pour suivre les prochaines annonces, notre rubrique Astronomie & découvertes est mise à jour au fil des publications.