Agujeros Negros: ¿Qué son y que hay en su interior?

Muchos se preguntan qué es un agujero negro. De hecho, es uno de los cuerpos celestes más misteriosos y fascinantes del cosmos. 

Aunque la teoría de Albert Einstein describe bien el universo, puede haber algunas desviaciones en las proximidades de un agujero negro, debido a la gravedad extrema.

Por tanto, la relatividad podría no ser la teoría definitiva. Científicos de renombre mundial han dedicado su carrera a tratar de entender qué es un agujero negro y cómo funciona. 

¿Qué es un agujero negro y cómo se forman?

Un agujero negro es una región del espacio-tiempo con un campo gravitacional tan intenso que nada dentro de él puede escapar al exterior. Ni siquiera la luz. Su idea nace como un corolario de la teoría de la relatividad general de Einstein.

La teoría dice que la fuerza de la gravedad, que depende de la masa de los objetos, deforma el espacio-tiempo y también curva la trayectoria de la luz. Debido a esto, un cuerpo puede alcanzar una concentración de masa tan grande que su campo gravitacional evita que incluso la luz se aleje. 

Einstein consideraba los agujeros negros una solución matemática a las ecuaciones de la relatividad. Adquieren concreción en 1939, cuando los físicos Tolman, Oppenheimer y Volkoff demostraron que una estrella al final de su evolución sufre un colapso gravitacional. Si su masa es mayor que tres veces la del Sol, se comprime por debajo del horizonte de sucesos. Según Einstein, esta es una hipersuperficie, frontera del espacio-tiempo, donde los eventos a un lado de ella no pueden afectar a un observador situado al otro lado. 

En 1963, Roger Penrose, uno de los tres premios Nobel de la Física en 2020, demostró que el horizonte de sucesos representa una superficie que obliga a todo lo que lo golpea a apuntar hacia su centro. Hacia una singularidad con densidad infinita, con la creación inevitable de un agujero negro. 

¿Cómo sabemos qué es un agujero negro si no hemos viajado hasta uno?

Incluso si ahora creemos saber qué es un agujero negro, estos son por definición invisibles y se ‘esconden’ con nubes de polvo y remolinos de gas supercaliente. Por lo tanto, su observación solo puede ser indirecta. 

Los agujeros negros emiten ondas de radio específicas de 1,3 milímetros de longitud, capturadas por radiotelescopios. Además, hemos observado algunos tipos de agujeros negros gracias a las ondas gravitacionales. Como resultado de la fusión entre dos agujeros negros, se generan ondas en el espacio-tiempo (predichas por la relatividad) que ahora podemos detectar. 

Otro método es la observación de las que se llaman binarias de rayos x. Son un sistema en el que una estrella orbita un agujero negro y se consume lentamente. Genera un disco de plasma extremadamente energético, cuya rotación se acelera cada vez más a medida que se acerca al agujero negro. Con temperaturas muy elevadas y una emisión de rayos X muy intensa que nos permite detectarlos. 

Por último, podemos observar los efectos que tienen los agujeros negros sobre la luz cuando pasan frente a otras estrellas. En particular, el agujero negro puede desviar la luz actuando como una lente. 

Tipos de Agujeros Negros 

Entender qué es un agujero negro no es tan sencillo, también porque hay diferentes tipos. Según la clasificación adoptada actualmente por los astrofísicos, hay cinco. Se diferencian no solo en la masa, sino también en la forma en que se crean. Algunos son más antiguos, otros más recientes, algunos no estamos del todo seguros de que realmente existan. 

Agujeros negros primordiales 

Son los agujeros negros más antiguos y también los más pequeños. De hecho, unos pocos microgramos y una densidad bastante alta bastan para producir las condiciones favorables para su formación. Para comprimir la materia de esta manera, se necesita una gran energía. Unos momentos después del Big Bang, cuando la materia aún no se había generado por completo, la densidad no era constante. Había áreas mucho más densas que otras y estos diminutos agujeros negros podrían haberse generado en estos picos de densidad.

Stephen Hawking nos dio la teoría sobre los agujeros negros primordiales, pero no se sabe si existen en realidad. 

Agujeros negros estelares 

Se forman en las etapas finales de la vida de una estrella, con una masa mucho mayor que la del Sol. Nuestra estrella no llegará tan lejos, sino que se convertirá en una enana blanca. En cambio, las estrellas más masivas (a partir de 20 veces la masa del Sol), una vez que se acabe el combustible necesario para las reacciones nucleares, se encontrarán con un núcleo de hierro muy grande (y muy pesado) capaz de generar una atracción gravitacional muy fuerte.

Entonces sufrirán un colapso que generará una supernova en las capas externas y un agujero negro en el centro. A diferencia de los agujeros negros primordiales, los hemos observado. 

Agujeros negros intermedios 

Son un verdadero dolor de cabeza para los astrofísicos. La razón es simple: sabemos que hay agujeros negros de masas estelares y agujeros negros de masas muy superiores. Según la lógica, debería haber algún estado intermedio, pero nunca lo hemos observado.

En astrofísica, si algo no se observa, puede haber muchas explicaciones. Una de ellas es que la etapa en cuestión dure muy poco (unos pocos millones de años), lo que complicaría la observación directa. 

Agujeros negros supermasivos 

Son los únicos que hemos logrado fotografiar. Residen en el centro de las galaxias. Tienen una masa que va desde millones de masas solares hasta cientos de miles de millones de masas solares. También tenemos uno en el centro de nuestra galaxia.

El Sol gira alrededor de este gigantesco agujero negro que tiene una masa cuatro millones de veces la suya. Debido a la falta de evidencias sobre la existencia de los agujeros negros intermedios, el debate sobre la formación de estos gigantes del universo está muy abierto. 

Cuásar 

Un cuásar se obtiene cuando un agujero negro supermasivo comienza a acumular materia y crea un disco de plasma muy similar al de las binarias x. Aunque mucho más grande y mucho más brillante.

Cuanto más grande se vuelve el agujero negro, más brillante se vuelve el disco que lo rodea. Algunos llegan a estar entre los objetos más luminosos de todo el Universo. Se cree que el cuásar no es en realidad un tipo diferente de agujero negro supermasivo, sino más bien una fase obligatoria del mismo. Y que todos los agujeros negros supermasivos han pasado, están pasando o pasarán por la fase de cuásar. 

¿Podría la Tierra caer en un Agujero Negro?

Muchos se preguntan, ¿por qué los agujeros negros no están devorando el universo? Y, sobre todo, ¿podría la Tierra caer en un agujero negro? 

Una respuesta la dio, en 2018, uno de los mejores físicos vivientes: Leonard Sussking, de la Universidad de Stanford (Estados Unidos). El padre de la teoría de cuerdas propuso que los agujeros negros se expanden hacia dentro a medida que aumentan su complejidad. Esta explicación parece paradójica y contraintuitiva y, sobre todo, no puede ser verificable de ninguna manera. 

Para intentar imaginarlo, podemos pensar en una sábana estirada y un objeto pesado que la dobla, distorsionándola. De manera similar, un agujero negro distorsiona la geometría del espacio-tiempo. Así, forma un embudo gravitacional que se extiende, por así decirlo, ‘hacia abajo’ y no ‘hacia afuera’. De modo que no tiene por qué engullir todo lo que está en la superficie. 

Por supuesto, esta es una imagen muy simplificada del debate en curso sobre qué es un agujero negro. Entran en juego la mecánica cuántica y la relatividad general, dos grandes teorías que no siempre son perfectamente coherentes entre sí. En cualquier caso, la respuesta es que, en teoría, la Tierra podría acabar siendo succionada por un agujero negro, pero la distancia al más cercano nos pone en un lugar seguro. El Sol se apagará antes. 

El agujero negro más cercano a la Tierra 

Como dijimos, en el centro de nuestra galaxia hay un agujero negro supermasivo. Su nombre es Sagittarius A. Según datos recientes de ‘Publications of the Astronomical Society of Japan‘, estamos más cerca de lo que pensábamos. El agujero negro está a unos 25.800 años luz de la Tierra y, por lo tanto, casi 2.000 años luz más cerca de lo que se había estimado anteriormente.

¿Qué hay dentro de los Agujeros Negros?

Entendido qué es un agujero negro, veamos qué hay dentro. No sabemos mucho sobre esto. El agujero negro ‘rasga’ el gas fuera de la estrella. Lo atrae hacia sí mismo, dando lugar a un disco luminoso que gira alrededor de su propio eje.

En este punto, los gases ‘rasgados’ alcanzan temperaturas muy altas y emiten rayos X. Por lo tanto, conocemos el material que entra en el agujero negro, pero no sabemos en qué se convierte. 

En el centro de un agujero negro, como lo describe la relatividad general, se encuentra una singularidad gravitacional, una región donde la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita. Por no saber, algunos creen que incluso podríamos estar viviendo dentro de un agujero negro.