Un trou noir avec un spin maximal possible, où sa gravité de surface est nulle et son entropie est maximale.Un trou noir extrémal est un trou noir qui tourne à la vitesse maximale autorisée par la relativité générale. À cette limite, la gravité de surface de l'horizon des événements devient nulle, ce qui signifie qu'un observateur hypothétique planant juste à l'extérieur de l'horizon ne ressentirait aucune attraction gravitationnelle. L'entropie d'un trou noir extrémal est maximale pour sa masse, et sa température, telle que prédite par la théorie quantique des champs, tombe au zéro absolu. Ces propriétés font des trous noirs extrémaux un laboratoire théorique fascinant pour étudier l'intersection de la gravité, de la mécanique quantique et de la thermodynamique.
La solution de Kerr a été découverte par Roy Kerr en 1963. Le concept de trous noirs extrémaux et leurs propriétés thermodynamiques a été développé dans les années 1970 par Stephen Hawking, Jacob Bekenstein et d'autres, dans le cadre de la formulation de la thermodynamique des trous noirs.
En relativité générale, un trou noir en rotation est décrit par la solution de Kerr, caractérisée par sa masse et son moment cinétique. Le moment cinétique a une limite supérieure : pour une masse donnée, le paramètre de spin doit être inférieur ou égal à 1 (en unités géométriques). Lorsque le paramètre de spin est égal à 1, le trou noir est extrémal. À ce stade, les horizons des événements interne et externe fusionnent, et la géométrie près de l'horizon devient particulière — le champ gravitationnel est si intense que la notion habituelle de dilatation du temps se brise d'une manière spécifique. La gravité de surface, qui est proportionnelle à la température du trou noir, s'annule, de sorte que le trou noir cesse d'émettre un rayonnement de Hawking et devient « froid ».
Les trous noirs extrémaux sont principalement d'intérêt théorique, mais ils servent de bancs d'essai pour les théories de la gravité quantique, comme la théorie des cordes, où ils aident à expliquer l'origine microscopique de l'entropie des trous noirs.
En 2019, l'image du trou noir supermassif M87* obtenue par le télescope Event Horizon a montré une ombre compatible avec un spin proche de l'extrémal, bien que la valeur exacte reste incertaine.
