Hola a todos, amantes del universo. En este artículo te cuento qué sabemos sobre los agujeros negros hoy: cómo se forman, cómo se clasifican y qué evidencias tenemos. Vamos a sumergirnos en el misterio de estos monstruosos objetos que despiertan la curiosidad de muchísimas personas. Y no es para menos: aunque han sido intensamente estudiados, todavía existen numerosos enigmas por resolver.
Los agujeros negros son un tema fascinante que podría llenar volúmenes enteros, como uno de los libros que me inspiró a escribir sobre el tema: «Agujeros Negros y Tiempo Curvo» de Kip Thorne. Vamos a intentar comprender —de manera resumida— lo que se sabe actualmente sobre ellos.
Comencemos:
¿Qué sabemos sobre los agujeros negros? Definición y conceptos clave
Un agujero negro es un extraño y fascinante objeto del universo, formado por una región infinitesimal del tejido del espacio-tiempo. Allí se concentra una cantidad descomunal de materia cuya densidad tiende al infinito, generando lo que los físicos llaman singularidad. En esa zona extrema, las leyes que conocemos —como las de la teoría general de la relatividad— dejan de tener sentido tal como las comprendemos hoy.
Esa descomunal densidad curva el espacio-tiempo de tal manera que la velocidad de escape requerida para salir de su atracción gravitatoria supera la velocidad de la luz (c = 299.792,458 km/s). Aunque puede sonar obvio, la velocidad de escape es la velocidad que un cuerpo necesita alcanzar para que la interacción gravitacional que otro cuerpo le ejerce se vuelva insuficiente para hacerlo regresar.
Como nada conocido puede moverse más rápido que la luz, ni siquiera la luz misma puede escapar, y se crea una región conocida como horizonte de sucesos. Ese horizonte actúa como un límite sin retorno: una vez que algo lo atraviesa, ya no puede volver al universo observable. ¿Y qué hay más allá de ese límite? La ciencia aún no lo sabe con certeza.
Propiedades físicas de los agujeros negros
Aunque parezcan cuerpos complejos, la realidad de los agujeros negros puede describirse con solo tres propiedades físicas fundamentales:
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Masa
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Carga eléctrica
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Momento angular
Esta condición de los agujeros negros fue descubierta por el físico John Archibald Wheeler, quien popularizó la frase: «los agujeros negros no tienen pelo», haciendo referencia a que —aparte de esas tres propiedades— no conservan ninguna otra información.
Tipos de agujeros negros: estelares, intermedios y supermasivos
Los agujeros negros también pueden clasificarse según su masa, y actualmente se reconocen cuatro tipos. Uno de estos tipos fue postulado por Stephen Hawking, aunque se encuentra todavía en el plano especulativo.
Agujeros negros de masa estelar
Estos agujeros negros son el remanente de la muerte de estrellas con más de 30 masas solares aproximadamente.
Estos eventos generan una de las explosiones más violentas del universo: . Una gran parte de la masa estelar original es expulsada como una nebulosa a temperaturas descomunales, tales que allí se forman los elementos más pesados del universo (los mayores al hierro y níquel en la tabla periódica), mientras que el núcleo colapsa gravitatoriamente y se convierte en un agujero negro de unas pocas masas solares.
El primer agujero negro detectado, fue Cygnus X-1 y su compañera binaria, un agujero negro que se cree que ronda las 3 masas solares. Fue detectado gracias a que se encuentra absorbiendo parte de la masa de su compañera, generado un disco de acreción tan energético que emite radiación en rayos X, algo que no sucede en cualquier sistema binario de estrellas.
Agujeros negros de masa intermedia
tart=”1872″ data-end=”2053″>El origen de los agujeros negros intermedios aún no está del todo claro, pero se sabe que no pueden formarse por colapso estelar directo, porque exceden el límite de masa que puede dejar tras de sí una estrella al morir. Diversos estudios teóricos, ampliamente aceptados en la comunidad científica, indican que un agujero negro cuyo origen es la supernova de una estrella, no puede superar las 64 masas solares, aproximadamente. Esto es porque existe un fenómeno llamado inestabilidad de pares, el cual desarrollaré un poco mejor en otro post, que no permite que nazcan este tipo de agujeros negros.
A los agujeros negros de masa intermedia, se los encuadra dentro del rango de 100 a 1 millón de masas solares. Actualmente, existen tres hipótesis que intentan explicar su formación:
- tart=”2371″ data-end=”2425″>Por la fusión de agujeros negros más pequeños: A través de la fusión de agujeros pequeños, se van alcanzando masas cada vez mas grandes. A tener en cuenta: En cada fusión, hay masa que se pierde en forma de energía en el espacio-tiempo, mediante lo que conocemos como ondas gravitacionales.
- tart=”2371″ data-end=”2425″>Por colisiones extremas entre estrellas dentro de un cúmulo estelar: Existen cúmulos estelares donde la alta densidad de estrellas favorece colisiones y fusiones sucesivas de estrellas masivas. Estas proporcionan un medio propicio para la formación de muchos agujeros negros, que también se atraen por cercanía. El resultado: fusiones en cascada que terminan detonando en un agujero negro intermedio.
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tart=”2503″ data-end=”2651″>Por su origen como agujeros negros primordiales: generados post Big Bang, dado que la expansión del universo ha dejado regiones de altísima densidad en el plasma primordial, estas bestias podrían haberse formado en varios tamaños posibles sin pasar por la fase estelar, y luego habrían crecido alimentándose de materia circundante.
Agujeros negros supermasivos
Estos gigantes cósmicos, con millones de masas solares, se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias. Se cree que se forman sobre el eje de rotación galáctico, aunque su origen sigue siendo un misterio. La teoría más aceptada sugiere que fueron formados durante los inicios del universo y que, con el tiempo, acumularon materia a través de su gravedad.
Contrario al mito, no “aspiran” materia como una aspiradora: su fuerza gravitatoria actúa como la de cualquier otro objeto, pero en proporción a su masa. El agujero negro supermasivo de la Vía Láctea se llama Sagitario A* y tiene una masa de aproximadamente 4 millones de soles.
Otros ejemplos sorprendentes:
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M87: 6.500 millones de masas solares (El de la imagen, además es aproximadamente 1.550 veces más masivo que Sagitario A*).
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TON 618: el más masivo conocido, con cerca de 66.000 millones de masas solares.
Microagujeros negros
Estos objetos teóricos serían remanentes del Big Bang. Debido a su masa extremadamente baja, su vida sería muy corta. La teoría de la radiación de Hawking sostiene que, en las inmediaciones del horizonte de sucesos, pueden surgir pares de partículas virtuales (partícula-antipartícula).
En condiciones normales, esas partículas se aniquilan y liberan energía. Pero si una de ellas cae dentro del agujero negro y la otra escapa, el agujero pierde una pequeñísima cantidad de masa, en un proceso conocido como “4406”>evaporación.
tart=”4409″ data-end=”4714″>Este fenómeno se intensifica cuanto menor sea la masa del agujero negro, ya que su radio es más pequeño y el horizonte de sucesos más cercano a la singularidad. Por eso, en el caso de los microagujeros negros, es extremadamente desafiante confirmar su existencia ya que de existir, se evaporarían rápidamente. Por este motivo, lo que se sabe sobre ellos es muy escaso y sigue siendo altamente teórico.
Clasificación según la carga y la rotación
Además de su masa, los agujeros negros pueden clasificarse según dos propiedades físicas fundamentales: su momento angular (rotación) y su carga eléctrica. De la combinación de estas características surgen cuatro modelos principales, todos soluciones matemáticas exactas de la Relatividad General. Para tener en cuenta en este contexto, un modelo son un conjunto de cálculos y ecuaciones que describen matemática y físicamente la realidad según un paradigma, en este caso la Teoría de la Relatividad General. Ahora sí, los cuatro modelos conocidos:
Agujero negro de Schwarzschild
Propuesto en 1916 por Karl Schwarzschild, describe un agujero negro sin carga y sin rotación. Su única propiedad es la masa, lo que le da una forma perfectamente esférica.
El radio de su horizonte de sucesos se calcula con la fórmula:
Como puede verse, la masa determina el radio. Así, un agujero negro de 10 masas solares tendría un radio de apenas 30 km, similar al tamaño de una ciudad, y cuanto más masivo sea, mayor su radio. Esta formulación que de buenas a primeras parece simple, surgió en el campo de batalla de la primera guerra mundial, donde Schwarzchild brindaba servicio y en sus tiempos libres se dedicaba a pensar e interpretar, por ese entonces, las nuevas herramientas que Einstein había legado al mundo a través de la Teoría de la Relatividad General.
Agujero negro de Reissner–Nordström
Este modelo describe un agujero negro sin rotación, pero con carga eléctrica. Además del horizonte de sucesos, aparece un segundo límite llamado horizonte de Cauchy, cuya existencia depende de la relación entre masa y carga. Aunque es una solución matemática válida, se cree que su estabilidad física en el universo real sería muy limitada.
Agujero negro de Kerr
Roy Kerr en 1963, logró describir un agujero negro en rotación y sin carga eléctrica mediante este modelo. La rotación del agujero negro provoca fenómenos únicos y muy curiosos:
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Aparece una zona externa al horizonte de sucesos, llamada ergósfera, donde el espacio-tiempo es arrastrado por la rotación del agujero negro. Dentro de ella, es imposible permanecer en reposo. Estar en la ergósfera de un agujero negro es similar a ser arrastrado por la corriente de un remolino, aún luchando por quedarnos quietos en el lugar o por salir, seguiríamos siendo arrastrados por el medio que nos rodea.
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La singularidad central se encuentra en rotación al igual que el propio agujero negro. Por ello, no tiene forma de un punto, sino de un anillo, debido al momento angular. Esto hace que el horizonte de sucesos de un agujero negro en rotación no sea una esfera perfecta, sino un esferoide oblato</strong>, achatado en los polos.
Agujero negro de Kerr–Newman
Este modelo es la versión más general: un modelo que describe a un agujero negro con rotación y carga eléctrica. Al igual que en el modelo de Kerr, su horizonte de sucesos es oblato, y además incluye un horizonte de Cauchy por efecto de la carga.
Historia de los agujeros negros: de la física clásica al siglo XXI
Por último, vamos a hacer un recorrido por la particular historia de como se concibieron los agujeros negros desde el concepto hasta detectarlos, “escucharlos” a traves de los “sonidos” del espacio-tiempo y finalmente, verlos en una imagen realista.
De la física clásica a la idea de las “estrellas oscuras”
Imagen ilustrativa generada mediante IA.
En la era de la física clásica, Isaac Newton sentó las bases con su ley de la gravitación universal (1687). Siguiendo ese marco, en 1783 John Michell imaginó que podía existir una estrella tan masiva que ni siquiera la luz podría escapar, bautizándolas como “estrellas oscuras”. Poco después, Pierre-Simon Laplace retomó la idea, calculando que si la velocidad de escape superaba la de la luz, el objeto sería invisible. Aquellas intuiciones eran brillantes, aunque basadas en una concepción corpuscular y con masa de la luz que resultó incorrecta tras los avances de Maxwell, quien demostró que la luz es una onda electromagnética.
Relatividad y los primeros modelos matemáticos (1915–1939)
El siglo XX trajo un cambio radical: Albert Einstein, con su teoría de la relatividad general (1915), explicó la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo. Un año después, Karl Schwarzschild exploró este nuevo marco teórico, resolvió las ecuaciones y describió un radio crítico en el que un cuerpo puede dejar la luz atrapada: el germen de los agujeros negros modernos.
En las décadas siguientes, físicos como Subrahmanyan Chandrasekhar demostraron que ciertas estrellas, al superar un límite de masa, colapsarían irremediablemente. En 1939, Robert Oppenheimer y Snyder confirmaron teóricamente que ese colapso conduciría a un objeto invisible. Sin embargo, con el estallido de la Segunda Guerra Mundial, la comunidad científica dejó de lado estas ideas, considerándolas una curiosidad matemática sin aplicación real.
De la teoría a la observación directa
Tras la guerra, John Wheeler revitalizó la relatividad y atrajo a una nueva generación de físicos brillantes, entre ellos =”875″>Kip Thorne. En 1967 acuñó el término black hole y, con su equipo, convirtió a estos objetos en un campo de estudio serio, otorgándoles la importancia que antes se les había negado. Poco después, Stephen Hawking revolucionó la disciplina al demostrar que los agujeros negros tienen entropía y temperatura, y que pueden emitir radiación cuántica, hoy conocida como radiación de Hawking.
tart=”1266″ data-end=”1615″>En paralelo, los soviéticos Yakov Zeldóvich e Igor Novikov dieron un paso decisivo: propusieron que el gas que cae hacia un agujero negro formaría un disco de acreción tan caliente que emitiría rayos X, una señal observable. Así ayudaron a que los agujeros negros pasaran de ser meras soluciones matemáticas a objetos buscados en el cielo.
tart=”1622″ data-end=”2569″>La investigación se expandió con anécdotas memorables, como la famosa apuesta entre Hawking y Thorne sobre la naturaleza de Cygnus X-1, que Hawking perdió con humor pagando una suscripción a a-end=”1828″>Penthouse. Y lo que en los años 70 era todavía motivo de apuestas, en el siglo XXI se transformó en evidencia directa: en 2015, LIGO detectó por primera vez ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros, confirmando experimentalmente su existencia. Apenas cuatro años después, en 2019, el Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) presentó la primera imagen real de un agujero negro. Fue el resultado del trabajo colaborativo de cientos de científicos en todo el mundo, donde destacó Katie Bouman, que lideró el desarrollo de un algoritmo fundamental para procesar los datos. Dos hitos que marcaron el inicio de una nueva era: los agujeros negros dejaron de ser teorías y se convirtieron en realidades observadas.
Reflexiones finales
-start=”226″ data-end=”613″>Llegando al final de este recorrido por la historia de los agujeros negros, me queda una certeza. Lo que hoy sabemos es apenas una pieza de un rompecabezas mucho más grande. Mencioné a algunos de los protagonistas, pero hay muchos más que también dejaron su huella. Si alguno quedó afuera, no es por falta de reconocimiento, sino porque sería imposible abarcar a todos en un solo post.
-start=”615″ data-end=”983″>Si querés seguir explorando, te recomiendo dos lecturas que a mí me marcaron. Una es «Agujeros negros» de Marcia Bartusiak, una introducción clara y atrapante. La otra se trata de «Agujeros negros y tiempo curvo» de Kip Thorne, más profundo y técnico, ideal si disfrutás perderte en la física pura. Elegir uno u otro —o ambos— depende de hasta dónde quieras viajar en este universo de ideas.
Gracias por haber llegado hasta acá. Gracias también a mi pareja, que muchas veces pone en palabras lo que yo no logro ordenar y me banca a full en este proyecto. Y, sobre todo, gracias a quienes se atrevieron a pensar lo impensable: los científicos que abrieron ventanas hacia lo invisible.
Si te quedaron dudas, o simplemente compartir una reflexión o qué te sorprendió más, te invito a dejar tu comentario. Este espacio también es tuyo. Nos leemos en el próximo post.