O gaură neagră supermasivă ( TNSM ) este o gaură neagră cu o masă de ordinul a un milion de mase solare sau mai mult. Există mai multe tipuri de găuri negre: găurile negre primordiale , găurile negre stelare , găurile negre intermediare și găurile negre supermasive. Acestea din urmă sunt cele mai masive, iar masa lor poate ajunge până la 40 de miliarde de mase solare (cea a galaxiei Holmberg 15A ). Găurile negre supermasive se găsesc în centrul galaxiilor masive și în general este acceptat în comunitatea științifică că fiecare galaxie mare găzduiește astfel de obiecte. Gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre, Calea Lactee , corespunde sursei Săgetător A * .
Astăzi, numeroase observații arată că aproape toate galaxiile mari au o gaură neagră supermasivă în centrul lor. Acesta este, de exemplu, cazul propriei noastre galaxii, Calea Lactee . Cele mai semnificative observații ale prezenței unei astfel de găuri negre în galaxia noastră sunt cele ale mișcării orbitale a stelelor cele mai apropiate de centrul galactic , în regiunea numită Săgetător A * . Urmărirea traiectoriilor a făcut posibilă măsurarea directă a masei găurii negre centrale: 4,2 ± 0,2 milioane de mase solare. În 2002, astronomii au urmat steaua S2 din Săgetătorul A * și au arătat că se apropia până la 17 ore lumină de gaura neagră centrală.
În iunie 2016, instrumentul de interferometrie GRAVITY, instalat la Telescopul Grand Très și dezvoltat de Institutul de Planetologie și Astrofizică Grenoble , Laboratorul Paris pentru Studii Spațiale și Instrumentare Astrofizică și Centrul Aerospatial Francez , observă cu o precizie de neegalat, în suburbiile Sagetatorului A * , gaura neagră supermasivă la 25.000 de ani lumină distanță care ocupă centrul Căii Lactee . Aceste observații reprezintă un succes tehnic pentru comunitatea științifică cu atât mai memorabil cu cât steaua S2 , având o orbită eliptică în jurul acestei găuri negre supermasive, a trecut în 2018 cât mai aproape posibil de aceasta din urmă.
10 aprilie 2019, Event Horizon Telescope publică primele imagini ale unei găuri negre, M87 * , o gaură neagră supermasivă situată în centrul M87 .
Comparativ cu o gaură neagră stelară , densitatea medie a unei găuri negre supermasive poate fi de fapt foarte scăzută (uneori mai mică decât cea a apei ). Acest lucru se explică prin faptul că raza Schwarzschild a găurii negre crește proporțional cu masa, ceea ce induce că densitatea medie din raza sa Schwarzschild scade în funcție de pătratul masei sale. Cu cât gaura neagră este mai mare, cu atât densitatea medie este mai mică, chiar dacă masa crește fără limite. Astfel, densitatea unei găuri negre de 1,357 4 × 10 8 mase solare este comparabilă cu cea a apei. Pentru a reprezenta o astfel de gaură neagră, ne putem imagina o minge de apă cu o rază de 400 de milioane de kilometri, extinzându-se astfel de la Soare la centura de asteroizi . O astfel de minge, dacă ar exista, s-ar prăbuși sub efectul propriei sale gravitații pentru a forma o gaură neagră cu o rază Schwarzschild egală cu raza sa inițială. O gaură neagră de 4,292 5 × 10 9 mase solare ar avea densitatea aerului și o rază de 12,7 miliarde de kilometri. Gaura neagră M87 * are o masă de ordinul a 6,5 × 10 9 mase solare și o rază de 19 miliarde de kilometri; diametrul său este, prin urmare, de 38 miliarde de kilometri sau 35 de ore de lumină; deoarece se află la 53,5 milioane de ani lumină de Pământ, diametrul său aparent ar fi de 15,5 μas ( microsecunde de arc ). Umbra sa, înregistrată prin colaborarea Event Horizon Telescope , are un diametru de ordinul a 25 μas .
Un alt fapt notabil este că forțele mareice sunt neglijabile în apropierea orizontului evenimentelor unei găuri negre supermasive, deoarece singularitatea gravitațională centrală este foarte departe de ea. Astfel încât un explorator care se apropie de o gaură neagră supermasivă nu ar simți nimic deosebit atunci când își traversează orizontul .
Formarea găurilor negre supermasive este încă puternic dezbătută, deoarece se face cu siguranță pe scări mari de timp, comparativ cu formarea unei găuri negre stelare în timpul exploziei unei supernove , produsă de o stea masivă, ca o stea Wolf-Rayet .
Cea mai simplă ipoteză pentru formarea găurilor negre supermasive este evident a începe cu o gaură neagră stelară care apoi acumulează materie de-a lungul a miliarde de ani . Cu toate acestea, această ipoteză are multe defecte, inclusiv necesitatea unei densități foarte mari de stele pentru a alimenta continuu gaura neagră. Dar, mai presus de toate, observațiile au arătat existența găurilor negre supermasive cu deplasări foarte mari spre roșu , adică la începutul evoluției universului . Astfel, aceste găuri negre nu au avut timp să se formeze prin simpla acumulare de stele. Este posibil ca formarea unor astfel de găuri negre să fi fost foarte rapidă, de la începutul vieții universului.
De asemenea, satelitul Chandra a făcut posibilă observarea, în centrul galaxiei NGC 6240 , a două găuri negre supermasive care orbitează una pe alta.
Situată la 26.000 de ani lumină de Pământ, gaura neagră din centrul Căii Lactee are o masă de 4,2 milioane de ori mai mare decât a Soarelui și diametrul său este de aproximativ 20 de milioane de kilometri.
În centrul galaxiilor universului, așa-numitele găuri negre supermasive sunt incluse în intervalul de la un milion la 40 de miliarde de ori masa Soarelui, cum ar fi: