Agujeros negros: qué son, tipos y cómo se forman

A 26,000 años luz de la Tierra, en el centro exacto de la Vía Láctea, hay un objeto con la masa de 4 millones de soles comprimida en un espacio menor que el sistema solar. Se llama Sagitario A*, y es el agujero negro más cercano que conocemos. No emite luz. No puede verse directamente. Sin embargo, en 2019, una red global de radiotelescopios logró fotografiar su sombra por primera vez en la historia.

Los agujeros negros son una de las predicciones más extremas de la física moderna. Este artículo reúne lo que la ciencia sabe con certeza: qué son, cómo se clasifican, cómo nacen y por qué importan para entender el universo.

Qué es un agujero negro

La NASA los define de forma concisa: un agujero negro es un objeto extremadamente denso del cual no puede escapar ningún tipo de luz. Pero eso apenas rasca la superficie.

Según la física descrita por las ecuaciones de Einstein, cuando una cantidad suficiente de masa se comprime en un espacio lo bastante pequeño, el tejido del espacio-tiempo se rompe y se forma lo que se llama una singularidad. Alrededor de esa singularidad existe una frontera invisible: el horizonte de sucesos. Todo lo que cruza esa línea —materia, luz, radiación— queda atrapado para siempre.

La gravedad dentro de un agujero negro es tan intensa que puede atraer el gas circundante y calentarlo a temperaturas de hasta 12,000,000 °C, según datos de Wikipedia, unas 2,000 veces más que la superficie del Sol. Ese gas no cae directamente al interior: orbita en espiral formando lo que se llama un disco de acreción, que sí emite luz detectable desde la Tierra.

Vale aclarar algo que genera confusión: la radiación que observamos desde objetos como Cygnus X-1 no sale del agujero negro en sí, sino de su disco de acreción. El interior permanece, por definición, inobservable.

Tipos de agujeros negros

Según la información más reciente de la NASA, actualizada en mayo de 2024, los científicos dividen estos objetos en tres categorías principales según su masa. También se sospecha de un cuarto tipo, aún no confirmado.

Agujeros negros estelares

Son los más comunes y los mejor comprendidos. La doctora Anna Lía Longinotti, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, explica que estos objetos pesan entre 2 y alrededor de 150 masas solares. Se originan cuando una estrella masiva agota su combustible y colapsa bajo su propia gravedad.

En términos prácticos: son los agujeros negros que nacen de la muerte de estrellas grandes. Violentos en su formación, pero relativamente pequeños en escala cósmica.

Agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros supermasivos son otra categoría completamente distinta. Poseen masas de millones o miles de millones de veces la del Sol y se encuentran en el centro de prácticamente todas las galaxias grandes, incluida la Vía Láctea.

Sagitario A*, el de nuestra galaxia, tiene una masa de aproximadamente 4 a 6 millones de soles, según datos cruzados de la NASA y la UNAM. Es considerado relativamente pequeño comparado con los que habitan otras galaxias. En noviembre de 2024, científicos reportaron en la revista Nature Astronomy el destello más energético jamás observado proveniente de un agujero negro supermasivo con masa de unos 300 millones de soles, ubicado a 10,000 millones de años luz de la Tierra.

El origen de los agujeros negros supermasivos sigue siendo uno de los grandes problemas abiertos de la astrofísica. No se sabe con certeza si se forman a partir de la fusión de agujeros negros estelares, del colapso directo de nubes de gas primordial, o de algún otro mecanismo.

Agujeros negros de masa intermedia

Entre los estelares y los supermasivos existe una categoría propuesta pero todavía debatida: los agujeros negros de masa intermedia, con pesos entre 100 y más de 10,000 masas solares. Algunos fenómenos astronómicos observados podrían corresponder a este grupo, pero su existencia no está confirmada de forma definitiva, según la UNAM.

Agujeros negros primordiales (hipotéticos)

La NASA menciona también la sospecha de un cuarto tipo: los agujeros negros primordiales, que habrían sido formados durante los primeros instantes del universo, justo después del Big Bang. Son completamente teóricos por ahora. No hay evidencia observacional directa de su existencia.

Cómo se forma un agujero negro

El proceso más documentado es el colapso gravitacional de una estrella masiva. El camino es largo y termina de forma explosiva.

Una estrella de entre 10 y 25 o más veces la masa del Sol pasa miles de millones de años quemando hidrógeno en su núcleo. Cuando el combustible se agota, la fuerza que contrarrestaba la gravedad desaparece. La estrella comienza a colapsar sobre sí misma.

Los electrones en órbita dentro de los átomos se acercan progresivamente al núcleo y acaban fusionándose con los protones, generando neutrones. Este proceso emite una cantidad enorme de neutrinos. El resultado intermedio es una estrella de neutrones: un objeto ultra-denso del tamaño de una ciudad pero con más masa que el Sol.

Si la masa original de la estrella era lo suficientemente grande, la presión de los neutrones no alcanza para detener el colapso. La estrella de neutrones sigue contrayéndose hasta formar una singularidad. Nace el agujero negro.

Desde afuera, este colapso se manifiesta frecuentemente como una supernova: una explosión de escala colosal visible a millones de años luz. El agujero negro queda como residuo central.

Ondas gravitacionales y la detección directa

Durante décadas, la existencia de los agujeros negros se infirió de forma indirecta: observando cómo afectaban a las estrellas cercanas o midiendo la radiación X emitida por sus discos de acreción.

El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron algo histórico: la primera detección de ondas gravitacionales, producidas por la fusión de dos agujeros negros ubicados a unos 1,337 millones de años luz de la Tierra. Por primera vez, no solo se infería su existencia: se detectaba directamente el evento de su colisión en forma de perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo.

Tres años después, en abril de 2019, el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos presentó la primera imagen de un agujero negro supermasivo, ubicado en el centro de la galaxia M87. El Gran Telescopio Milimétrico (GTM), situado en la Sierra Negra de Puebla a 4,600 metros de altura, fue parte de esa red global de observatorios que hizo posible la imagen.

El resplandor que sí podemos ver

Si los agujeros negros no emiten luz, ¿cómo los vemos? La respuesta está en su entorno.

Según la doctora Longinotti del Instituto de Astronomía de la UNAM, el resplandor no se origina dentro del agujero negro, sino en la materia que circula a su alrededor antes de ser atrapada. El disco de acreción —ese remolino de gas, polvo y restos de estrellas desgarradas— orbita a velocidades enormes y se calienta por fricción hasta emitir radiación intensa en múltiples longitudes de onda, incluyendo rayos X.

Además, especialmente en los agujeros negros supermasivos, se producen jets relativistas: chorros de plasma acelerado a fracciones de la velocidad de la luz, guiados por campos magnéticos intensos, que pueden extenderse a distancias de millones de años luz.

Para detectar toda esa emisión se usan tanto telescopios espaciales como XMM-Newton, Hubble o Chandra, como observatorios terrestres. En México, el Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir (Baja California) y el detector HAWC en la Sierra Negra (Puebla), a más de 4,000 metros de altitud, forman parte de esa infraestructura global.

Preguntas frecuentes sobre agujeros negros

¿Un agujero negro puede "tragarse" el sistema solar?

No existe ningún agujero negro lo suficientemente cercano como para representar una amenaza al sistema solar. El más próximo conocido está a miles de años luz de distancia. Además, un agujero negro no aspira materia como una aspiradora: su gravedad funciona igual que la de cualquier otro objeto de la misma masa. Si el Sol fuera reemplazado por un agujero negro de igual masa, los planetas seguirían orbitando exactamente igual.

¿Qué es el horizonte de sucesos?

Es la frontera invisible que rodea al agujero negro. Una vez que cualquier objeto —o fotón de luz— cruza esa línea, no puede regresar. No es una superficie física: es un límite matemático definido por la velocidad de escape, que en ese punto supera la velocidad de la luz.

¿Existen agujeros negros en el centro de todas las galaxias?

Se conjetura que sí, al menos en la mayoría de las galaxias grandes. La presencia de agujeros negros supermasivos en los núcleos galácticos está bien establecida por la observación astronómica, incluida la de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, con Sagitario A*.

¿Qué es la radiación de Hawking?

Es un tipo de radiación conjeturada por Stephen Hawking en la década de 1970, que sugiere que los agujeros negros pueden emitir energía lentamente mediante efectos cuánticos en el horizonte de sucesos. Según esta teoría, los agujeros negros se evaporarían con el tiempo, aunque el proceso tomaría un tiempo astronómicamente largo para los de masa estelar o superior. No ha sido detectada de forma directa hasta ahora.

¿Cuántos agujeros negros hay en el universo?

La cifra exacta es desconocida, pero los astrofísicos estiman que solo en la Vía Láctea podría haber entre 10 y 100 millones de agujeros negros de masa estelar. A escala del universo observable, el número sería incalculablemente mayor.