Agujeros negros: qué son y cómo encontrarlos
Son uno de los fenómenos astronómicos que más intriga a los científicos y ninguna partícula material, ni siquiera la luz, es capaz de escapar a su poderosa fuerza gravitatoria.
Este artículo se publicó originalmente el 11 de diciembre de 2009 y se ha actualizado y ampliado, la última vez el 15 de noviembre de 2023.
Los agujeros negros son los restos fríos de antiguas estrellas, tan densas que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, es capaz de escapar a su poderosa fuerza gravitatoria. Mientras muchas estrellas acaban convertidas en enanas blancas o estrellas de neutrones, los agujeros negros representan la última fase en la evolución de enormes estrellas que fueron al menos de 10 a 15 veces más grandes que nuestro sol.
Los agujeros negros siguen siendo uno de los fenómenos cosmológicos más atractivos tanto para muchos investigadores como para el gran público. Al ser también unos grandes desconocidos, constantemente están saliendo nuevos estudios y descubrimientos sobre ellos. Por ejemplo, a finales de marzo de 2023, la Agencia Espacial Europea (ESA) anunció que su misión Gaia había ayudado a descubrir un nuevo tipo de agujero negro del que había dos evidencias y que además eran los agujeros negros más cercanos a la Tierra que se conocían hasta el momento, a 1560 años luz de distancia. "Varios telescopios han mirado en la zona y no han encontrado ningún tipo de luz, dejando solo una posibilidad: agujeros negros", afirmaba la nota de prensa de la ESA.
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Cómo se forman los agujeros negros
Cuando las estrellas gigantes alcanzan el estadio final de sus vidas estallan en cataclismos conocidos como supernovas. Tal explosión dispersa la mayor parte de la estrella al vacío espacial pero quedan una gran cantidad de restos «fríos» en los que no se produce la fusión.
En estrellas jóvenes, la fusión nuclear crea energía y una presión exterior constante que se encuentra en equilibrio con la fuerza de gravedad interior que produce la propia masa de la estrella. Sin embargo, en los restos inertes de una supernova no hay una fuerza que se resista a la gravedad, por lo que la estrella empieza a replegarse sobre sí misma.
Sin una fuerza que frene la gravedad, el emergente agujero negro encoje hasta un volumen cero, en cuyo punto pasa a ser infinitamente denso. Incluso la luz de dicha estrella es incapaz de escapar a su inmensa fuerza gravitatoria, que se ve atrapada en órbita, por lo que la oscura estrella se conoce con el nombre de agujero negro.
Los agujeros negros atraen la materia, e incluso la energía, hacia sí, pero no en mayor medida que otras estrellas u objetos cósmicos de masa similar. Esto significa que un agujero negro con la misma masa que la de nuestro sol, no «aspiraría» más objetos hacia sí que nuestro sol con su propia fuerza gravitatoria.
Los planetas, la luz y otra materia deben pasar cerca de un agujero negro para ser atraídos dentro de su radio de acción. Cuando alcanzan un punto sin retorno, se dice que han entrado en el horizonte de sucesos, un punto del que es imposible escapar porque requiere moverse a una velocidad superior a la de la luz.
Los agujeros negros tienen un tamaño pequeño. Un agujero de una masa solar de un millón, como el que se sospecha que se encuentra en el centro de algunas galaxias, tendría un radio de unos tres millones de kilómetros, es decir, sólo unas cuatro veces el tamaño de nuestro sol. Un agujero negro con una masa igual a la del sol tendría un radio de tres kilómetros.
Primeras pruebas gráficas
Dado que son tan pequeños, distantes y oscuros, los agujeros negros hasta hace poco no podían ser observados de manera directa. A pesar de esto, los científicos habían confirmado las sospechas largo tiempo mantenidas de su existencia. Esto se realizaba normalmente midiendo la masa de una región del espacio y buscando zonas con una gran masa oscura.
En 2019, más de 200 científicos se reunieron en Bruselas para hacer públicas las primeras imágenes jamás tomadas de un agujero negro. Gracias a un telescopio del tamaño del planeta Tierra, más de 200 científicos lograron capturar la sombra de un agujero negro. A más de 55 millones de años luz de la Tierra, el agujero se encuentra en la Galaxia Messier 87 y es 6500 millones de veces más masivo que el Sol.
Las imágenes muestran una gigantesca estructura en forma de anillo con una región central oscura, la sombra del agujero negro, y una zona más “iluminada” en su parte baja, lo que los científicos achacan a un ligero movimiento de rotación.
Desde entonces, se han multiplicado los estudios sobre estos fenómenos astronómicos. Como por ejemplo: se ha descubierto el agujero negro más masivo detectado con ondas gravitacionales; un nuevo agujero negro que podría ser el más cercano a la Tierra; un insólito baile de agujeros negros descubierto por investigadores españoles; o la primera imagen del inmenso agujero negro del centro de nuestra galaxia.
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Tipos de agujeros negros
Existen muchos agujeros negros en el seno de los sistemas binarios. Estos agujeros atraen continuamente masa de su estrella vecina, aumentando el agujero negro y encogiendo la otra estrella, hasta que el agujero negro se hace grande y la estrella compañera se desvanece por completo.
Según afirmó la ESA en marzo de 2023, los nuevos agujeros negros descubiertos son "realmente negros" y solo se pueden detectar por sus efectos gravitacionales. "La distancia de las estrellas al agujero negro y las órbitas de las estrellas a su alrededor son mucho más amplías que otros sistemas binarios conocidos de agujeros negros y estrellas", aseguró la agencia europea.
Pueden existir agujeros negros supermasivos en el centro de algunas galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. Estos cuerpos inmensos pueden tener una masa de 10 a 100 mil millones de soles. Son parecidos a los agujeros negros más pequeños pero alcanzan tales dimensiones al haber mucha materia en el interior de la galaxia que pueden atraer. Los agujeros negros pueden acumular cantidades de materia ilimitadas; simplemente se convierten en cuerpos aún más densos a medida que aumenta su masa.
Los agujeros negros han capturado la imaginación del público y jugado un papel destacado en conceptos extremadamente teóricos como el de los agujeros de gusano. Estos «túneles» permitirían realizar viajes rápidos en el espacio y en el tiempo, pero no hay pruebas reales de su existencia.
