Agujeros negros supermasivos: qué son y cómo se estudian
El centro de casi todas las galaxias esconde un agujero negro supermasivo. El de la Vía Láctea tiene una masa de unos seis millones de soles, según la UNAM.
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El centro de casi todas las galaxias conocidas esconde un monstruo invisible. Según datos de la UNAM, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea tiene una masa equivalente a aproximadamente seis millones de soles, concentrada en un volumen infinitesimalmente pequeño. Y eso, dentro de la escala cósmica, no es particularmente grande.
Los agujeros negros supermasivos son los objetos más extremos del universo conocido. Aquí se explica qué son, cómo se forman, por qué pueden volverse extraordinariamente brillantes y de qué manera los científicos —incluyendo investigadores mexicanos— los estudian desde la Tierra y el espacio.
Qué es un agujero negro supermasivo
Un agujero negro es una región del espacio donde la concentración de masa genera un campo gravitatorio tan intenso que nada puede escapar de él: ni materia, ni radiación, ni luz. Esto está descrito por las ecuaciones de campo de Albert Einstein y fue profundizado por físicos como Stephen Hawking, Roger Penrose y George Ellis en la década de 1970.
Dentro de esa categoría general, la doctora Anna Lía Longinotti, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, distingue dos tipos principales:
- Agujeros negros estelares: pesan entre 2 y alrededor de 150 masas solares. Se forman cuando una estrella masiva agota su combustible y colapsa gravitacionalmente.
- Agujeros negros supermasivos: poseen masas de millones o miles de millones de veces la masa del Sol. Viven en el centro de las galaxias.
Existe también una tercera categoría propuesta: los agujeros negros de masa intermedia, con pesos entre 100 y más de 10,000 masas solares. Su existencia todavía se debate en la comunidad científica.
El límite entre el interior del agujero negro y el resto del universo tiene nombre propio: horizonte de sucesos. Es una frontera de no retorno. Una vez cruzada, ninguna partícula —ni siquiera un fotón— puede volver hacia afuera.
Cómo se forma un agujero negro supermasivo
La formación de agujeros negros estelares es relativamente bien comprendida. Comienza con la muerte de una estrella gigante —de 10 a 25 o más veces la masa del Sol—. Cuando agota su combustible, la gravedad colapsa el núcleo: los electrones se fusionan con los protones, se forman neutrones, y el resultado puede ser una estrella de neutrones o, dependiendo de la masa, directamente un agujero negro.
Pero el origen de los agujeros negros supermasivos es más complicado y aún no está completamente resuelto. Hay varias hipótesis en discusión:
- Crecimiento acumulativo: agujeros negros estelares que fueron absorbiendo gas, polvo y otras estrellas durante miles de millones de años hasta alcanzar masas colosales.
- Colapso directo: nubes de gas primordial que colapsaron directamente en objetos de masa intermedia o supermasiva en el universo temprano, sin pasar por la fase estelar.
- Fusiones sucesivas: agujeros negros que se fueron uniendo entre sí a lo largo de la historia del universo.
Lo que sí es claro es que la mayoría de las galaxias grandes, incluida la Vía Láctea, albergan uno de estos objetos en su centro. Su influencia sobre la formación y evolución galáctica es fundamental, según indica el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).
Por qué los agujeros negros tienen brillo
Una pregunta aparentemente contradictoria: si nada escapa de un agujero negro, ¿cómo es que algunos son los objetos más brillantes del universo?
La respuesta está en lo que los rodea, no en lo que contienen. La Dra. Longinotti lo explicó en el ciclo Noticias del Cosmos de El Colegio de México: el agujero negro brillo no se genera dentro de él, sino en la materia que circula a su alrededor antes de ser atrapada por su gravedad.
Discos de acreción
La materia atraída hacia un agujero negro 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 las fuerzas magnéticas calientan ese material a temperaturas de hasta 12,000,000 °C —unas 2,000 veces más que la superficie del Sol, según Wikipedia—. Esa temperatura extrema genera una radiación enorme y detectabl desde la Tierra.
Jets relativistas
Los agujeros negros supermasivos más activos también producen jets relativistas: chorros de plasma acelerado a fracciones de la velocidad de la luz, guiados por campos magnéticos intensos. Estos chorros pueden extenderse a distancias que superan el tamaño de la propia galaxia. Según el IAA-CSIC, un núcleo activo de galaxia puede liberar más de cien veces la energía de todas las estrellas de una galaxia como la nuestra.
El destello más brillante jamás registrado
El 4 de noviembre de 2024, una publicación en Nature Astronomy reportó el destello más energético y brillante jamás observado proveniente de un agujero negro supermasivo. Detectado por primera vez en 2018 con una cámara del Observatorio Palomar en California, el fenómeno brilló con una intensidad 10 billones de veces superior a la del Sol. El responsable: un agujero negro con una masa de unos 300 millones de soles, ubicado en una galaxia a 10,000 millones de años luz de la Tierra. La causa probable fue el desgarramiento y devoración de una estrella gigante que se acercó demasiado.
Tipos de agujeros negros: una comparación rápida
| Tipo | Masa aproximada | Origen | Ubicación típica |
|---|---|---|---|
| Estelar | 2 – 150 masas solares | Colapso de estrella masiva | Dispersos en galaxias |
| Masa intermedia | 100 – 10,000+ masas solares | Debatido | Cúmulos estelares (posible) |
| Supermasivo | Millones – miles de millones de masas solares | Incierto / múltiples mecanismos | Centro de galaxias |
Cómo se estudian los agujeros negros supermasivos
Estudiar algo que no emite luz directa y que solo puede detectarse por sus efectos sobre el entorno requiere instrumentos extraordinarios. La Dra. Longinotti detalla que se usan tanto observatorios espaciales como terrestres, cada uno adecuado a diferentes longitudes de onda.
Observatorios espaciales
La atmósfera terrestre bloquea los rayos X y otras formas de radiación de alta energía. Por eso existen telescopios como XMM-Newton, el Telescopio Espacial Hubble y el Chandra X-ray Observatory, que operan fuera de la atmósfera y captan radiación que nunca llegaría a suelo terrestre.
Observatorios terrestres y el papel de México
Para longitudes de onda como la luz visible o las ondas de radio, los observatorios en tierra son ideales, siempre que estén en zonas de gran altitud y baja contaminación lumínica. México cuenta con instalaciones relevantes:
- Observatorio de San Pedro Mártir (Baja California): opera en bandas ópticas e infrarrojo cercano.
- HAWC (Sierra Negra, Puebla): a más de 4,000 metros de altura, detecta rayos gamma de muy alta energía.
- Gran Telescopio Milimétrico (GTM) (Puebla): ubicado a 4,600 metros de altura, con una antena de 50 metros. Participó en el proyecto que obtuvo la primera imagen de la sombra de un agujero negro en 2019.
El Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT)
El EHT no es un telescopio único sino una red de antenas distribuidas por todo el mundo que funcionan combinadas como un telescopio virtual con un diámetro equivalente al de la Tierra. En 2017 se sumó el observatorio ALMA, con 66 antenas y una superficie colectora de más de 7,000 metros cuadrados.
El 10 de abril de 2019, el consorcio EHT presentó la primera imagen directa de un agujero negro supermasivo: el del centro de la galaxia M87, con una masa de 6,500 millones de soles. Era la confirmación visual de algo que hasta entonces solo existía como predicción matemática.
Ondas gravitacionales
Otra vía de estudio es la detección de ondas gravitacionales. El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron la primera detección de estas ondas, producidas por la fusión de dos agujeros negros a unos 1,337 millones de años luz de la Tierra. Fue la primera prueba directa de la fusión de dos agujeros negros y una confirmación más de las predicciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein.
El caso OJ287: un agujero negro doble
Uno de los objetos más estudiados en este campo es OJ287, un agujero negro supermasivo con aproximadamente 18,000 millones de masas solares —uno de los mayores conocidos. Desde 1890 se registra en él una tendencia de estallidos dobles cada doce años aproximadamente.
Según el modelo propuesto y estudiado por el IAA-CSIC, OJ287 es en realidad un sistema binario: un agujero negro secundario, unas cien veces más pequeño, orbita al principal y atraviesa periódicamente su disco de acreción, generando los destellos observados. Se estima que el menor caerá sobre el mayor en unos diez mil años, en una fusión que generaría las ondas gravitacionales más intensas del universo. El EHT y redes de antenas internacionales han apuntado a este objeto para intentar obtener imágenes de su región más interna.
Preguntas frecuentes
¿Qué es un agujero negro supermasivo en términos simples?
Es un agujero negro ubicado en el centro de una galaxia, con una masa que puede ir desde un millón hasta miles de millones de veces la masa del Sol. Su gravedad es tan intensa que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz.
¿Por qué algunos agujeros negros tienen tanto brillo si la luz no puede salir de ellos?
El brillo no viene del interior del agujero negro sino del disco de acreción: el gas y polvo que orbita a su alrededor se calienta a temperaturas extremas antes de ser absorbido. Esa materia irradia una energía enorme, visible incluso desde miles de millones de años luz.
¿Cómo se forma un agujero negro supermasivo?
El mecanismo exacto sigue siendo debatido. Las hipótesis principales incluyen el crecimiento acumulativo de agujeros negros estelares, el colapso directo de nubes de gas primordial y la fusión sucesiva de agujeros negros más pequeños a lo largo de miles de millones de años.
¿México participa en el estudio de los agujeros negros supermasivos?
Sí. El Gran Telescopio Milimétrico (GTM), ubicado en Puebla a 4,600 metros de altura, fue parte del proyecto que capturó la primera imagen de la sombra de un agujero negro en 2019. Además, el observatorio HAWC en la Sierra Negra detecta señales de alta energía relacionadas con estos objetos.
¿Cuántos tipos de agujeros negros existen?
Actualmente se reconocen dos tipos bien establecidos: estelares y supermasivos. Un tercero, los de masa intermedia, es propuesto por algunos astrónomos pero su existencia aún no está confirmada de forma definitiva.
Escrito por
Redacción Space Pragmatism
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