Agujeros negros: qué son, tipos y cómo se forman

Un agujero negro no es un hueco en el espacio. Es una región donde la gravedad se ha vuelto tan extrema que ni la luz puede escapar. Eso lo convierte en el objeto más denso conocido en el universo y, al mismo tiempo, en uno de los más difíciles de estudiar directamente.

Esta guía explica qué es exactamente un agujero negro, qué tipos existen según la ciencia actual, cómo se forman y qué sabemos hoy sobre ellos, con datos de fuentes como la NASA, la UNAM, el ESO y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Qué es un agujero negro: definición técnica

Un agujero negro es una región del espacio-tiempo descrita por las ecuaciones de Einstein, donde la concentración de masa genera un campo gravitatorio tan intenso que nada —ni partículas, ni radiación, ni fotones— puede escapar de su interior, salvo en condiciones cuánticas muy específicas.

Esa frontera invisible que separa el interior del agujero negro del resto del universo se llama horizonte de sucesos. No es una superficie física, sino un límite matemático: el punto de no retorno. Según la NASA, el horizonte de sucesos marca el borde donde la velocidad necesaria para escapar supera la velocidad de la luz, que es el límite de velocidad en el cosmos.

Dentro del horizonte, la materia colapsa hacia una singularidad: un punto de densidad y curvatura del espacio-tiempo matemáticamente infinitas. La relatividad general predice su existencia, pero aún no hay una teoría física completa que describa qué ocurre en ese punto.

Algo importante que suele confundirse: los agujeros negros no emiten luz propia desde su interior, pero sí pueden ser extraordinariamente brillantes. Esa luminosidad no proviene del agujero negro en sí, sino del gas y polvo que orbitan a su alrededor antes de ser atrapados, formando estructuras llamadas discos de acreción, según explicó la doctora Anna Lía Longinotti, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, en el ciclo de conferencias del Colegio de México.

Tipos de agujeros negros

La clasificación actual reconoce principalmente tres tipos, aunque uno de ellos todavía genera debate científico.

Agujeros negros estelares

Son los más comunes en cuanto a detección. Tienen entre 3 y aproximadamente 150 masas solares. Se forman a partir del colapso gravitacional de estrellas masivas, y se distribuyen por toda la Vía Láctea. Cygnus X-1 es uno de los ejemplos más estudiados.

Agujeros negros supermasivos

Estos colosos tienen masas de entre 100.000 y miles de millones de veces la masa del Sol. Se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias grandes. El de nuestra galaxia, Sagitario A* (SgrA*), tiene una masa equivalente a unos cuatro millones de soles y está a 26.000 años luz de la Tierra, según datos del Observatorio Europeo Austral (ESO).

El agujero negro supermasivo más fotografiado hasta ahora es el del centro de la galaxia M87: 6.500 millones de masas solares, a 55 millones de años luz de distancia.

Agujeros negros de masa intermedia

Con masas de entre 100 y más de 10.000 masas solares, esta categoría es la más incierta. Su existencia se apoya en evidencia indirecta. El evento GW190521, detectado el 21 de mayo de 2019 por el Observatorio LIGO, produjo un agujero negro de 142 masas solares tras la fusión de dos objetos de masa estelar, lo que lo ubica en este rango intermedio.

Cómo se forma un agujero negro

El proceso de formación más documentado comienza con la muerte de una estrella masiva. Cuando una estrella de más de 20 masas solares agota el combustible en su núcleo, la presión de radiación que la mantenía estable desaparece. La gravedad toma el control.

El colapso es violento. Las capas externas de la estrella salen disparadas en una explosión de supernova. Pero si el núcleo remanente supera las tres masas solares, ninguna fuerza conocida puede frenar el colapso. El resultado: un agujero negro de masa estelar.

A nivel atómico, el proceso implica que los electrones en órbita se acercan cada vez más al núcleo. Terminan fusionándose con los protones, formando neutrones. Si la masa supera el umbral crítico, ni siquiera la presión de degeneración de neutrones puede detener el colapso. Así lo describía Stephen Hawking en Historia del tiempo (1988), y los trabajos posteriores de Roger Penrose y Robert Oppenheimer lo formalizaron matemáticamente.

Una vez formados, los agujeros negros crecen por acreción: atrapan gas de estrellas vecinas, polvo interestelar y en algunos casos fusionan con otros agujeros negros, como demostró la primera detección de ondas gravitacionales por LIGO en febrero de 2016, cuando se registró la fusión de dos agujeros negros a unos 1.337 millones de años luz de la Tierra.

El origen de los agujeros negros supermasivos, en cambio, sigue siendo una pregunta abierta. Se sabe que existían en los primeros miles de millones de años del universo, pero los mecanismos exactos de su formación inicial todavía se investigan. Algunos modelos proponen que surgieron de colapsos directos de nubes de gas primordial; otros, de fusiones sucesivas de agujeros negros estelares.

Primeras imágenes y detecciones directas

Durante décadas, los agujeros negros solo se detectaron de forma indirecta: a través de los efectos gravitacionales sobre objetos cercanos o por la emisión de rayos X de sus discos de acreción.

Eso cambió en dos momentos clave:

• 10 de abril de 2019: el consorcio Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) publicó la primera imagen directa de un agujero negro supermasivo, el del centro de M87. La imagen mostró la sombra del agujero negro rodeada por el resplandor del disco de acreción.
• 2022: el mismo consorcio obtuvo la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro central de la Vía Láctea.

En México, el Gran Telescopio Milimétrico (GTM), ubicado en la Sierra Negra de Puebla a 4.600 metros de altitud, participó en el proyecto que hizo posible la imagen de 2019. Según la UNAM, el GTM cuenta con una antena de 50 metros de diámetro.

El Premio Nobel de Física 2020 fue otorgado parcialmente por el trabajo que confirmó la existencia de Sagitario A* a través del análisis de las órbitas de estrellas cercanas, trabajo liderado por los grupos de Reinhard Genzel y Andrea Ghez.

Fenómenos asociados: radiación de Hawking y jets relativistas

En 1974, Stephen Hawking propuso que los agujeros negros no son completamente negros: pueden emitir radiación térmica de origen cuántico, hoy conocida como radiación de Hawking. Este proceso aún no ha sido detectado directamente, pero tiene implicaciones profundas: sugiere que los agujeros negros podrían evaporarse lentamente a lo largo de tiempos astronómicos.

Otro fenómeno relevante son los jets relativistas: chorros de plasma acelerado a fracciones de la velocidad de la luz, guiados por campos magnéticos intensos, que los agujeros negros supermasivos pueden proyectar durante miles de años luz. Estos jets son visibles en múltiples longitudes de onda y son objeto de estudio con telescopios como XMM-Newton y Chandra.

Preguntas frecuentes sobre agujeros negros

¿Un agujero negro puede "aspirar" a la Tierra?

No. Para que la Tierra fuera absorbida, un agujero negro tendría que estar extremadamente cerca. El agujero negro más próximo conocido se encuentra a miles de años luz de distancia. Si el Sol fuera reemplazado por un agujero negro de la misma masa, los planetas seguirían orbitando igual: la gravedad no cambiaría.

¿Qué hay dentro de un agujero negro?

Según la relatividad general, en el centro hay una singularidad: un punto donde las ecuaciones actuales dejan de funcionar. No existe una teoría verificada que describa qué ocurre allí. La física cuántica y la relatividad general aún no se han reconciliado en ese régimen extremo.

¿Cuántos agujeros negros hay en la Vía Láctea?

Se estima que pueden existir entre 10 millones y 1.000 millones de agujeros negros de masa estelar solo en nuestra galaxia, aunque la mayoría son invisibles porque no están acretando materia. Además, en el centro de la Vía Láctea se encuentra Sagitario A*, con cuatro millones de masas solares.

¿Los agujeros negros viajan por el espacio?

Sí. Como cualquier objeto masivo, los agujeros negros pueden moverse. Los de masa estelar orbitan dentro de las galaxias; en sistemas binarios, se desplazan con la estrella compañera. Tras una fusión de dos galaxias, sus agujeros negros supermasivos pueden eventualmente fusionarse también.

¿Qué pasaría si alguien cayera en un agujero negro?

Desde el exterior, un observador vería al objeto acercarse al horizonte de sucesos cada vez más lento, hasta parecer congelado por efectos de dilatación temporal. El objeto que cae, en teoría, cruzaría el horizonte sin percibir nada especial en ese instante, pero sería destruido por las fuerzas de marea antes de alcanzar la singularidad en un agujero negro de masa estelar. En uno supermasivo, las fuerzas de marea en el horizonte son menores, por lo que el cruce podría ocurrir sin destrucción inmediata.