Agujeros negros: qué son, tipos y cómo se forman
El 10 de abril de 2019, el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos publicó la primera imagen directa de un agujero negro supermasivo.
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El 10 de abril de 2019, el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos publicó la primera imagen directa de un agujero negro supermasivo. El objeto está en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz. Ese momento cambió la forma en que el público general percibe estos objetos, que hasta entonces eran casi exclusivamente un concepto teórico.
Los agujeros negros son regiones del espacio con una concentración de masa tan elevada que generan un campo gravitatorio del que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Esta guía reúne lo que se sabe con certeza sobre su naturaleza, clasificación y origen, usando fuentes científicas verificables.
Qué es un agujero negro
Un agujero negro es una región del espacio descrita por las ecuaciones de campo de Einstein en la que la curvatura del espacio-tiempo es extrema. Su estructura fundamental incluye dos elementos: la singularidad, el punto de densidad infinita en el centro, y el horizonte de sucesos, la superficie cerrada que separa el interior del agujero negro del resto del universo.
Una vez que cualquier partícula —material o electromagnética, incluidos los fotones— cruza el horizonte de sucesos, no puede regresar. Según Wikipedia, la gravedad de un agujero negro puede calentar el gas circundante a temperaturas de hasta 12.000.000 °C, unas 2.000 veces más que la superficie del Sol.
Existe una excepción teórica: la radiación de Hawking, conjeturada por Stephen Hawking en la década de 1970. Se trata de un proceso cuántico por el que los agujeros negros podrían emitir energía lentamente y, en escalas de tiempo astronómicas, evaporarse. No ha sido detectada de forma directa, pero está ampliamente aceptada en la comunidad científica.
Tipos de agujeros negros
La doctora Anna Lía Longinotti, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, explicó en el ciclo Noticias del Cosmos del Colegio de México que existen dos categorías principales, con una tercera en debate.
Agujeros negros estelares
Se forman tras el colapso gravitacional de estrellas masivas. Según Longinotti, pesan entre 2 y alrededor de 150 masas solares. Son los más abundantes del universo conocido y el resultado más frecuente de la muerte de estrellas con masa suficiente para no detenerse en la etapa de estrella de neutrones.
El agujero negro GRO J1655-40, estudiado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) con el telescopio Keck desde 1999, es un ejemplo bien documentado. Viaja por el plano de la Vía Láctea a unos 400.000 km/h, cuatro veces más rápido que las estrellas de su entorno, una velocidad consistente con el impulso recibido por una supernova.
Agujeros negros supermasivos
El agujero negro supermasivo es la categoría más extrema conocida. Poseen masas de millones o miles de millones de veces la del Sol y residen en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea. Según la UNAM, el agujero negro central de nuestra galaxia —conocido como Sagitario A*— tiene una masa de aproximadamente 6 millones de soles.
El caso más energético registrado hasta ahora fue publicado en Nature Astronomy en noviembre de 2024: un agujero negro supermasivo de 300 millones de masas solares, ubicado a 10.000 millones de años luz, que despedazó y devoró una estrella gigante. El destello resultante fue 10 billones de veces más brillante que el Sol y fue detectado por primera vez en 2018 con una cámara del Observatorio Palomar, en California.
Agujeros negros de masa intermedia
Con masas entre 100 y más de 10.000 masas solares, esta categoría es la más debatida. Algunos fenómenos observados podrían corresponder a este grupo, pero su existencia no está confirmada de forma definitiva. La investigadora de la UNAM señala que su estatus sigue siendo objeto de discusión activa.
| Tipo | Masa aproximada | Origen conocido | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Estelar | 2 – ~150 masas solares | Colapso de estrella masiva / supernova | GRO J1655-40, Cygnus X-1 |
| Masa intermedia | 100 – >10.000 masas solares | En debate | Candidatos en cúmulos globulares |
| Supermasivo | Millones – miles de millones de masas solares | Centros galácticos, origen incierto | Sagitario A*, M87* |
Cómo se forma un agujero negro
El mecanismo mejor documentado es el colapso gravitacional de estrellas masivas, estudiado en detalle por Robert Oppenheimer, Roger Penrose y Stephen Hawking desde mediados del siglo XX.
El ciclo de vida de una estrella masiva
El proceso comienza cuando una estrella de entre 10 y 25 o más masas solares agota su combustible nuclear. Sin la presión de radiación que compensaba la gravedad, el núcleo comienza a contraerse. Los electrones en órbita se acercan al núcleo, se fusionan con protones y forman neutrones. El resultado inmediato es una estrella de neutrones.
Si la masa del núcleo remanente supera el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 3 masas solares), ninguna fuerza conocida puede detener el colapso. La estrella de neutrones colapsa sobre sí misma y el resultado es un agujero negro.
La supernova como detonador
El IAC confirmó en 1999, usando el telescopio Keck en Hawái, que el agujero negro GRO J1655-40 nació en una supernova. El equipo, liderado por Garik Israelian y Rafael Rebolo, detectó en la estrella compañera un exceso de magnesio, silicio y azufre: elementos que solo se producen en estrellas supermasivas y que contaminaron a la compañera durante la explosión. Los resultados fueron publicados en Nature en septiembre de 1999 y confirmados tres años después con el telescopio espacial Hubble.
En octubre de 2024 se reportó además el descubrimiento del primer agujero negro triple de la historia, lo que amplía los escenarios de formación posibles más allá del colapso individual.
Fusión de agujeros negros
El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros de masa estelar, ubicados a unos 1.337 millones de años luz. Esa observación fue la primera confirmación directa de que los agujeros negros pueden fusionarse y dar origen a objetos de mayor masa.
Qué rodea a un agujero negro: discos y jets
El interior de un agujero negro es permanentemente inobservable. Lo que los telescopios detectan es la materia que lo rodea antes de cruzar el horizonte de sucesos.
Disco de acreción
La materia atraída no cae directamente. Orbita a velocidades enormes formando una espiral plana llamada disco de acreción: un remolino de gas, polvo y, en ocasiones, restos de estrellas desgarradas. La fricción y compresión en ese disco generan la radiación observable, desde rayos X hasta luz visible. La emisión de Cygnus X-1, uno de los agujeros negros más estudiados, proviene de su disco de acreción, no del interior.
Jets relativistas
En los agujeros negros supermasivos aparece otro fenómeno: jets relativistas, chorros de plasma acelerado a fracciones de la velocidad de la luz, guiados por campos magnéticos intensos. Pueden extenderse durante miles o millones de años luz y son visibles en radio, rayos X y otras longitudes de onda.
Cómo se estudian los agujeros negros
La Dra. Longinotti del IA-UNAM señala que la investigación combina observatorios espaciales y terrestres. Los telescopios espaciales como XMM-Newton, Chandra y Hubble son necesarios para detectar rayos X, bloqueados por la atmósfera. En tierra, observatorios como San Pedro Mártir (Baja California) y el Gran Telescopio Milimétrico (GTM), a 4.600 metros en la Sierra Negra de Puebla, trabajan en bandas de radio y milimétricas.
El GTM participó en el proyecto que obtuvo la primera imagen de la sombra de un agujero negro en 2019. El observatorio HAWC, también en la Sierra Negra a más de 4.000 metros, complementa las observaciones en el rango de rayos gamma.
Preguntas frecuentes sobre agujeros negros
¿Un agujero negro puede "tragarse" al Sol o a la Tierra?
No de forma espontánea. Un agujero negro no atrae más materia que una estrella de igual masa a la misma distancia. El Sol no tiene masa suficiente para convertirse en uno, y no hay ningún agujero negro en las proximidades del sistema solar con trayectoria de colisión conocida.
¿Cuántos agujeros negros hay en la Vía Láctea?
Las estimaciones científicas sugieren que puede haber entre 10 millones y 1.000 millones de agujeros negros de masa estelar en la Vía Láctea, además del supermasivo central. La mayoría son indetectables de forma directa porque no tienen materia circundante que emita radiación.
¿Se puede ver un agujero negro directamente?
No. Lo que se fotografía es la sombra del agujero negro: la ausencia de luz en la región del horizonte de sucesos, rodeada por el resplandor del disco de acreción. La imagen de M87* obtenida en 2019 muestra exactamente eso.
¿Qué es la radiación de Hawking?
Es un proceso cuántico predicho por Stephen Hawking en los años 70 por el que los agujeros negros emitirían energía térmica lentamente. Para agujeros negros de masa estelar, esta radiación es prácticamente indetectable con la tecnología actual. Solo sería relevante en agujeros negros de masa muy pequeña, que podrían evaporarse en escalas de tiempo finitas.
¿Qué pasó con el primer agujero negro triple descubierto?
El descubrimiento se dio a conocer en octubre de 2024. Se trata de un sistema formado por tres agujeros negros en interacción gravitacional mutua, un escenario que los modelos teóricos preveían pero que no había sido confirmado observacionalmente hasta ese momento.
Escrito por
Redacción Space Pragmatism
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