Un trou noir est une région de l'espace-temps où la gravité est si intense que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière. Cette limite est appelée horizon des événements. Une fois franchie, il n'y a plus de retour possible. Le terme a été inventé dans les années 1960, mais l'idée remonte au XVIIIe siècle, lorsque John Michell et Pierre-Simon Laplace proposèrent indépendamment l'existence d'objets si massifs que la lumière ne pourrait s'en échapper.

Les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives s'effondrent en fin de vie. Le cœur implose et, s'il est suffisamment massif, aucune force connue ne peut empêcher cet effondrement. Il en résulte une singularité, un point de densité infinie, entouré d'un horizon des événements. Les trous noirs stellaires ont une masse plusieurs fois supérieure à celle du Soleil. Les trous noirs supermassifs, dont la masse atteint des millions, voire des milliards de masses solaires, se situent au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre.

Elles ne sont pas entièrement noires. La matière qui y tombe forme un disque d'accrétion qui rayonne intensément. En 2019, le télescope Event Horizon a capturé la première image de l'ombre d'un trou noir dans la galaxie M87. En 2015, LIGO a détecté des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs, confirmant ainsi une prédiction de la relativité générale vieille d'un siècle.