En el universo, hay pocas cosas que sean tan complejas y tan difíciles de explicar como un agujero negro. Hay muchos aspectos que nos son desconocidos, hasta el punto de que ni siquiera estamos completamente seguros de que los conceptos básicos sean tan simples como pensamos. El problema es que, por ese mismo motivo, los agujeros negros también son una fuente de innumerables confusiones y bulos…

Cómo se forma un agujero negro

Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X. Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Un agujero negro es un remanente estelar. Es uno de los posibles resultados que puede darse cuando una estrella llega al final de su secuencia principal y su núcleo colapsa. Qué pasa en este punto depende de la masa que tuviese el núcleo de la estrella. Si está por debajo de 1,44 veces la masa del Sol (algo que llamamos el límite de Chandrasekhar), llega un momento en el que la presión de los electrones detiene la compresión del núcleo. Este fenómeno es conocido como presión de degeneración de electrones, y es una aplicación del principio de exclusión de Pauli.

En resumidas cuentas (aunque si te gusta la física, te recomiendo encarecidamente leer el tema en más profundidad), la presión ejercida por los electrones detiene el colapso del núcleo de la estrella. Es decir, la gravedad no puede seguir comprimiendo la estrella y nos queda una enana blanca. Es el destino último de todas las estrellas con un núcleo que tenga un núcleo con una masa inferior a 1,4 veces la masa del Sol.

Cuando la masa del núcleo está entre 1,4 y 2,8 veces la masa del Sol, lo que nos queda es una estrella de neutrones. El proceso de degeneración de electrones no es suficiente para detener el colapso, y los protones y electrones del interior de la estrella se combinan formando neutrones. Sin embargo, mientras tengamos un núcleo por debajo de esas 2,8 masas solares, lo que sucede es que la presión de degeneración de neutrones detiene el colapso gravitacional.

Esta imagen es una simulación de cómo veríamos la Gran Nube de Magallanes si hubiese un agujero negro entre nuestro planeta y la galaxia. Crédito: Alain R./Wikipedia
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Esta imagen es una simulación de cómo veríamos la Gran Nube de Magallanes si hubiese un agujero negro entre nuestro planeta y la galaxia.
Crédito: Alain R./Wikipedia

El colapso del núcleo provoca que la gravedad de la estrella aumente. No olvidemos que la gravedad depende de dos parámetros: la masa que tenga el objeto celeste, y la distancia a la que estemos del centro. La misma masa que anteriormente ocupaba un espacio X (500.000 kilómetros, por poner un ejemplo) ahora ocupa un espacio mucho más pequeño (una estrella de neutrones puede tener un diámetro de tan sólo 20 kilómetros) y por tanto la gravedad es mucho más intensa que antes.

¿Qué sucede cuando colapsa una estrella que tiene un núcleo con más de 2,8 veces la masa del Sol? La gravedad es tan intensa que nada puede frenar el colapso del núcleo. Aquí nos toca hablar de la velocidad de escape. Para poder escapar de la influencia gravitacional de un objeto hace falta alcanzar una cierta velocidad. Si la alcanzamos, la gravedad no podrá atraernos de vuelta a su superficie.

En el caso de la Tierra, por ejemplo, la velocidad de escape es 11 kilómetros por segundo. En la superficie del Sol, a 700.000 kilómetros de distancia del núcleo, la velocidad de escape es de 617 kilómetros por segundo. A medida que sube la cantidad de masa solar que tenía el núcleo de la estrella, mayor es la velocidad de escape que tendremos que alcanzar para escapar de la superficie. En una estrella de neutrones lo suficientemente masiva, tendremos que alcanzar 150.000 kilómetros por segundo (la mitad de la velocidad de la luz) para poder escapar.

Con suficiente masa sucede lo inevitable. El núcleo de la estrella sigue colapsando y la velocidad de escape llega a ser igual (o incluso superior) a la de la luz. Nada puede ir más rápido que la luz, así que nada puede escapar… se convierte en un agujero negro.

El horizonte de sucesos

Si caes en un agujero negro, no hay marcha atrás. Crédito: Science Photo Library
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Si caes en un agujero negro, no hay marcha atrás.
Crédito: Science Photo Library

Así que tenemos una región del espacio con una gravedad tan intensa que nada puede escapar de allí. A toda esa región del agujero negro, en la que la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz, la llamamos el horizonte de sucesos. No podemos ver qué pasa más allá de ese punto porque la luz y la materia en su interior no puede escapar. Cuando llegamos allí, nuestra concepción del espacio y el tiempo dejan de funcionar y no nos permiten explicar qué sucede.

Es algo de lo que hablé en mucho más detalle en mi artículo sobre la paradoja de información de los agujeros negros. Es un fenómeno extraño que sólo podemos explicar a nivel teórico. Entre otras cosas, porque no tenemos posibilidad alguna de enviar una sonda. Aun así, eso no nos ha impedido teorizar sobre qué pasa en el interior, en ese punto en el que la relatividad de Einstein deja de funcionar.

Tanto es así que lo llamamos, literalmente, la singularidad. El lugar en el que la curvatura del espacio es infinita. Una de esas teorías sobre este lugar (quizá la más llamativa por las implicaciones que podría tener si algo así fuese real) es que en, cierto modo, podríamos decir que estamos viviendo dentro de un agujero negro.

Tipos de agujero negro

Esta es una imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermaviso en el centro de la Vía Láctea, capturada por el observatorio de Rayos X Chandra. Crédito: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al.
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Esta es una imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermaviso en el centro de la Vía Láctea, capturada por el observatorio de Rayos X Chandra.
Crédito: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al.

Si tiene una masa de entre 2,8 y 12 masas solares decimos que es un agujero negro estelar. Si ese mismo agujero puede absorber materia de su alrededor (porque esté demasiado cerca de su horizonte de sucesos como para poder escapar) puede crecer de tamaño. Eso también aumenta la distancia de su horizonte de sucesos y puede provocar que el agujero negro crezca durante mucho más tiempo (siempre que haya más material cercano que absorber a medida que va creciendo).

Mientras los agujeros negros estelares son pequeñitos pero matones (suelen tener un tamaño de apenas una veintena de kilómetros), los agujeros negros supermasivos son bestias cósmicas que pueden tener diámetros de millones de kilómetros (e incluso miles de millones). En el caso de la Vía Láctea, Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en su centro, tiene un diámetro estimado de 44 millones de kilómetros y una masa equivalente a unas 4,3 millones de veces la masa del Sol.

En nuestra galaxia creemos que hay unos cien millones de agujeros negros de tipo estelar, pero ninguno está lo suficientemente cerca de nuestro Sistema Solar como para suponer un peligro, se encuentra a miles de años-luz de distancia.

Leyendas urbanas sobre los agujeros negros

Este es un concepto artístico de un agujero negro llamado Cygnus X-1. Se formó tras el colapso de una estrella gigante, y absorbe la materia de una estrella azul muy cercana (a 0,2 UA de distancia).  Crédito: NASA/CXC/M.Weiss
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Este es un concepto artístico de un agujero negro llamado Cygnus X-1. Se formó tras el colapso de una estrella gigante, y absorbe la materia de una estrella azul muy cercana (a 0,2 UA de distancia).
Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Aunque no muchas, hay alguna que otra leyenda urbana sobre los agujeros negros. Por ejemplo, el Sol no se convertirá en un agujero negro. No es suficientemente masivo para terminar en ese estado. En su lugar, en unos 5.000 millones de años, se convertirá en una gigante roja, y tras varios millones de años más, perderá sus capas exteriores y el núcleo de la estrella se comprimirá hasta convertirse en una enana blanca. En ese momento tendrá un tamaño similar al de nuestro planeta.

Del mismo modo, existe la concepción de que los agujeros negros son una especie de aspiradores galácticos que van atrayendo toda la masa hacia ellos. Es cierto que la gravedad cerca de ellos es increíblemente intensa, pero se comportan igual que cualquier otro objeto celeste. Con la excepción de la gravedad cerca de su superficie (donde estaríamos en el horizonte de sucesos), un agujero negro ejerce exactamente la misma gravedad que una estrella.

Si en el centro del Sistema Solar pusiésemos un agujero negro que tuviese la misma masa que el Sol, (es decir, tendría una masa solar) su diámetro sería de sólo 6 kilómetros y no tendría ningún efecto sobre las órbitas de los planetas. Se comportarían exactamente de la misma manera que si estuviesen alrededor de una estrella porque no estarían lo suficientemente cerca de esa diminuta esfera (en la escala cósmica) que estaría en el centro de nuestro sistema…

Referencias: Bad Astronomy