Los agujeros negros se forman principalmente cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa después de una supernova, o cuando los primeros instantes del universo dejaron bolsas de materia ultradensa. NASA y ESA describen cuatro clases —estelar, intermedia, supermasiva y primordial— definidas principalmente por la masa. Su rasgo definitorio es un horizonte de eventos: un límite más allá del cual ni siquiera la luz puede escapar.
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Un agujero negro es una región del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar una vez que cruza un límite llamado horizonte de eventos, según NASA. Esa única propiedad —una superficie de sentido único en el espacio— es lo que hace de estos objetos, más que su tamaño visible, los ambientes más extremos conocidos en la física.
Cómo se forma un agujero negro
El camino mejor entendido es el colapso estelar. NASA explica que las estrellas con más de aproximadamente 20 veces la masa del Sol eventualmente agotan su combustible nuclear; el núcleo entonces colapsa hacia adentro mientras que las capas externas son expulsadas en una explosión de supernova. Si el núcleo aplastado que permanece aún contiene más de aproximadamente tres masas solares, NASA afirma que ninguna fuerza conocida puede detener ese núcleo de colapsar en un agujero negro.
ESA describe el mismo mecanismo: una vez que un núcleo estelar por encima de ese umbral de masa se comprime en un volumen lo suficientemente pequeño, su propia gravedad supera todas las demás fuerzas físicas, y el objeto sigue encogiéndose hasta que la luz ya no puede dejarla. Los agujeros negros pueden seguir creciendo después al atraer gas circundante, un proceso llamado acreción, según NASA. ESA señala que la acreción por sí sola lucha por explicar cómo algunos agujeros negros supermasivos crecieron tan grandes tan temprano en la historia del universo, lo que es una razón por la que los científicos estudian agujeros negros de masa intermedia como un posible eslabón perdido.
Una idea separada y menos establecida concierne a los momentos más tempranos del universo. Algunas teorías proponen que los agujeros negros primordiales podrían haberse formado directamente a partir de condiciones extremas poco después del Big Bang, sin ninguna estrella involucrada. ESA dice que su misión Euclid puede ayudar a probar si tales objetos existen y si podrían explicar parte de la materia oscura del universo.
Cuatro clases, definidas por masa
NASA y ESA agrupan los agujeros negros en categorías basadas principalmente en cuánta masa contienen, ya que la masa determina el tamaño, la fuerza de la gravedad y la ruta de formación.
Clases de agujeros negros por masa (NASA, ESA)
Clase
Masa típica (masas solares)
Cómo se piensa que se forma
De masa estelar
aproximadamente 3 a varias docenas
Colapso del núcleo de una estrella masiva después de una supernova
De masa intermedia
aproximadamente 100 a 10.000+
Sospechada en algunos casos pero raramente confirmada directamente, según NASA
Supermasiva
100.000 a miles de millones
Origen no completamente entendido; se piensa que crecen junto con sus galaxias anfitrionas, según NASA y ESA
Primordial (hipotética)
rango amplio, no confirmado
Hipotéticamente datada en el universo temprano; siendo estudiada por la misión Euclid de ESA como un posible candidato de materia oscura, según ESA
Qué las hace extremas
El horizonte de eventos es la característica que distingue a los agujeros negros. NASA lo describe como el punto donde la velocidad de escape necesaria para dejar el objeto excede la velocidad de la luz, por lo que nada —incluso la luz misma— puede cruzar hacia afuera. Debido a que ninguna luz escapa, los agujeros negros mismos no emiten luz; lo que los astrónomos detectan es el brillo de la materia justo fuera de este límite.
Ese brillo proviene del disco de acreción, material atraído de estrellas cercanas o nubes de gas que espirala hacia adentro y se calienta a medida que se acerca al horizonte de eventos, según la descripción de NASA de la anatomía del agujero negro. Alrededor de agujeros negros supermasivos alimentados activamente, esta región —llamada corona— alcanza temperaturas de aproximadamente mil millones de grados y produce rayos X de alta energía, con partículas moviéndose a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
En el mismo centro, la relatividad general predice una singularidad, un punto donde la materia se comprime a densidad infinita, según NASA. Se describe como el destino final de cualquier cosa que cae más allá del horizonte de eventos, aunque los físicos señalan que esto es donde las teorías actuales de la gravedad se rompen en lugar de dar una descripción completamente probada de lo que realmente sucede allí.
Ver un agujero negro directamente
Porque los agujeros negros no emiten luz propia, los astrónomos no pueden fotografiarlos directamente —en su lugar capturan la imagen de la sombra que proyecta un agujero negro sobre el gas brillante a su alrededor. El Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT), una red global de observatorios de radio vinculados a través de una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga, produjo la primera imagen de este tipo del agujero negro supermasivo M87* en 2019 y de Sagittarius A*, el agujero negro central de la Vía Láctea, en 2022, según el Observatorio Europeo Austral (ESO), un socio en la colaboración EHT.
ESO afirma que Sagittarius A* tiene una masa de aproximadamente 4 millones de veces la del Sol y se encuentra a aproximadamente 27.000 años luz de la Tierra, pero desde nuestro punto de vista ESO lo describe como pareciendo no más grande de lo que una rosquilla parecería si se colocara en la superficie de la Luna. NASA informó por separado que M87*, capturado por el EHT en 2019, contiene más de 6 mil millones de masas solares, con un horizonte de eventos que NASA dice que se extendería mucho más allá de los planetas del sistema solar.
La primera evidencia visual directa del agujero negro en el centro de la Vía Láctea.
— Event Horizon Telescope Collaboration, via ESO
ESO señala que tales imágenes permiten a los científicos sondear directamente el comportamiento del espaciotiempo en el límite de un agujero negro, una forma de probar la relatividad general en las condiciones gravitacionales más extremas disponibles para la observación.
Preguntas
¿Cuál es la masa mínima necesaria para que se forme un agujero negro a partir de una estrella?
Según NASA, si un núcleo estelar que colapsa retiene más de aproximadamente tres veces la masa del Sol después de una supernova, ninguna fuerza conocida puede detener su colapso en un agujero negro.
¿Podemos realmente ver un agujero negro?
No directamente, ya que ninguna luz escapa de un agujero negro. Los telescopios en su lugar capturan la imagen del gas brillante y la sombra oscura proyectada sobre él, como el Telescopio del Horizonte de Eventos hizo para M87* en 2019 y Sagittarius A* en 2022, según ESO.
¿Cuántos tipos de agujeros negros hay?
NASA y ESA describen cuatro clases basadas en la masa: agujeros negros de masa estelar, de masa intermedia, supermasivos, y los hipotéticos agujeros negros primordiales que se piensa que datan del universo temprano.
¿Cuán masivo es el agujero negro en el centro de la Vía Láctea?
ESO informa que Sagittarius A* tiene una masa de aproximadamente 4 millones de veces la del Sol y se encuentra a aproximadamente 27.000 años luz de la Tierra.
¿Qué hay en el centro de un agujero negro?
La relatividad general predice una singularidad, un punto de densidad infinita, según NASA, aunque este es el lugar donde las teorías físicas actuales no se prueban completamente.
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Un agujero negro es una región del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar una vez que cruza el horizonte de eventos. La mayoría se forman cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear y su núcleo colapsa; las versiones supermasivas crecen en los centros galácticos durante miles de millones de años. Las imágenes directas y las detecciones de ondas gravitacionales han confirmado su existencia y han puesto a prueba la relatividad general de Einstein.
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