Les trous noirs classiques — des régions de l'espace-temps où la gravité est si intense que même la lumière ne peut s'en échapper — cachent, selon la relativité générale, une singularité en leur centre : un point de densité et de courbure infinies où les lois connues de la physique perdent leur sens. Cependant, il existe des modèles théoriques dans lesquels la singularité est remplacée par un noyau dense mais de taille finie, composé de matière exotique. Pour un observateur extérieur, de tels objets sont presque impossibles à distinguer des trous noirs classiques ; c'est pourquoi les astrophysiciens développent des méthodes pour « voir » à l'intérieur.

Une approche consiste à analyser la faible courbure de la lumière d'étoiles lointaines passant près d'un objet massif. Le champ gravitationnel agit comme une lentille, déformant les trajectoires des rayons, mais cette technique revient à essayer de deviner la forme d'un objet en le palpant avec la paume : elle ne donne qu'une idée floue. Bien plus instructives sont les images directes de l'ombre du trou noir — une silhouette sombre sur fond de disque d'accrétion lumineux. En observant la taille et la forme de l'ombre, on peut estimer avec une grande précision les paramètres du noyau central.

Cependant, même une ombre nette ne révèle pas toujours le secret : la géométrie de l'espace-temps peut masquer des détails microscopiques, tout comme une coquille dure empêche de sonder l'intérieur d'une noix. Pour « entendre » la structure interne — qu'il s'agisse d'un écho sourd ou d'un tintement clair — les scientifiques se tournent vers les ondes gravitationnelles : des ondulations de la trame même de l'espace, générées par les oscillations du trou noir. L'analyse de la manière dont ces ondes interagissent avec l'horizon, ainsi que la mesure des délais temporels de la lumière à proximité, peuvent révéler la nature du cœur. Une autre clé inattendue est le comportement du gaz qui tombe. Lorsque le régime d'accrétion change, quand la matière passe d'un état turbulent à un état laminaire ou vice-versa, la luminosité observable se réorganise : le rythme familier des éruptions semble se dérégler, et cette anomalie pourrait être la signature d'un noyau régulier.

La combinaison de ces signaux permettra de déterminer si, derrière l'horizon, se cache une singularité sans fond ou un pont vers une autre région de l'espace-temps. Il est remarquable que le premier modèle de trou noir régulier — sans singularité — ait été proposé dès 1968, bien avant l'ère des observations directes. Aujourd'hui, grâce aux télescopes modernes et aux détecteurs d'ondes gravitationnelles, cette hypothèse peut enfin être soumise à une vérification expérimentale.