Les trous noirs supermassifs sont des caractéristiques gravitationnelles situées au centre de nombreuses galaxies, dont la Voie lactée. Les trous noirs supermassifs peuvent être assimilés au soleil galactique : de la même manière que les planètes du système solaire orbitent autour du Soleil, les 200 à 400 milliards de systèmes solaires de la Voie lactée orbitent autour du trou noir central. Les trous noirs supermassifs contiennent entre 105 et 1010 (centaines de milliers et dizaines de milliards) de masses solaires.
Le trou noir supermassif de notre galaxie est soupçonné d’être un objet compact appelé Sagittaire A*, qui contient 3.7 millions de masses solaires dans un volume dont le rayon ne dépasse pas 6.25 heures-lumière (45 UA) ou environ 4.2 milliards de kilomètres. En comparaison, Pluton orbite autour du Soleil à 5.51 heures-lumière ou 3.7 milliards de milles.
Théoriquement, il est possible que la région du Sagittaire A* contienne plus d’un trou noir supermassif. Si c’est le cas, ils se combineront pour former un seul objet dans moins de 100 ans. Vers 2015-2025, la technologie de l’interférométrie astronomique permettra d’imager directement l’horizon des événements du Sagittaire A*.
Dans des galaxies très lointaines, les astronomes observent le processus de naissance des trous noirs supermassifs. Ces galaxies sont appelées galaxies actives et peuvent libérer une énergie équivalente à des centaines de galaxies moyennes combinées, avec la luminosité d’un billion de soleils. Les quasars sont un type de galaxie active et font partie des objets les plus éloignés que les astronomes puissent détecter. Les blazars, qui comptent parmi les phénomènes les plus violents de l’univers, convertissent chaque année la masse de 100 soleils en un faisceau de rayonnement relativiste.
Au moins 30 trous noirs supermassifs présumés ont été observés dans d’autres galaxies que la Voie lactée. Les trous noirs supermassifs font partie d’un problème non résolu en astrophysique : où sont les trous noirs de masse intermédiaire ? De nombreux trous noirs de masse stellaire sont connus, avec des masses allant de 1.44 masse solaire à 14 masses solaires. Celles-ci se forment lorsque les noyaux des étoiles massives ne peuvent plus supporter leur propre poids et forment une singularité gravitationnelle. Il existe quelques phénomènes candidats pour les trous noirs intermédiaires, mais aucun n’est définitif à ce stade.