Agujeros negros: lo que sabemos de verdad (y lo que no)

Pocas palabras de la astronomía arrastran tanta leyenda como «agujero negro». Se les ha llamado aspiradoras cósmicas, túneles a otros universos y monstruos que se tragan galaxias enteras. La realidad es más sobria y, a la vez, más asombrosa: un agujero negro no es un agujero, no aspira nada y, visto desde lejos, tira exactamente igual que cualquier otro objeto de su misma masa. Vamos con lo que sabemos de verdad.

Qué es realmente un agujero negro

Es una región del espacio donde la materia se ha concentrado tanto que la curvatura del espacio-tiempo se vuelve extrema: ninguna señal, ni siquiera la luz, puede salir de ella. No es un objeto sólido con superficie; es una región con una frontera y un interior del que no llega información.

La idea nació muy pronto. Einstein publicó las ecuaciones de la relatividad general en noviembre de 1915 y, apenas unas semanas después, Karl Schwarzschild encontró la primera solución exacta para una masa esférica. En ella aparecía un radio crítico peculiar que durante décadas se tomó por un artefacto matemático. No lo era: en 1965 Roger Penrose demostró que el colapso gravitatorio hasta una singularidad es una consecuencia inevitable de la teoría, trabajo que le valió la mitad del Nobel de Física de 2020.

El horizonte de sucesos

La frontera de un agujero negro se llama horizonte de sucesos. No es una pared ni una membrana, ni nada que se pueda tocar. Es una superficie geométrica definida por una propiedad: lo que la cruza hacia dentro ya no puede salir ni enviar una señal al exterior.

Si cayeras hacia uno suficientemente grande, no notarías nada especial al atravesarla. No hay cartel ni chispazo. Un observador lejano, en cambio, te vería frenarte, enrojecer y apagarte poco a poco, porque la luz que envías tarda cada vez más en escapar. Dos observadores describen el mismo suceso de forma radicalmente distinta y ambos tienen razón.

El radio de Schwarzschild: haz tú el cálculo

El tamaño del horizonte de un agujero negro sin rotación depende solo de su masa, con una fórmula que cabe en una línea: R = 2GM/c², donde G es la constante de gravitación (6,674 30 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻²) y c la velocidad de la luz (299 792 458 m/s).

Metamos números. Si comprimiéramos el Sol —1,988 × 10³⁰ kg, según la hoja de datos de la NASA— hasta convertirlo en agujero negro, su horizonte tendría un radio de unos 2,95 km: toda la masa solar, que hoy ocupa una esfera de 696 000 km de radio, en una bola de menos de 6 km de diámetro. Con la Tierra (5,972 × 10²⁴ kg) el resultado son unos 8,9 mm: el planeta entero del tamaño de una canica. Que salgan cifras tan pequeñas explica por qué no hay agujeros negros por todas partes: hace falta una compresión bestial que la naturaleza solo logra en el colapso de estrellas muy masivas.

Cuántos tipos hay

• Estelares: entre unas 3 y unas 100 masas solares, nacidos del colapso del núcleo de una estrella masiva. El primer candidato firme fue Cygnus X-1, identificado en 1972.
• Supermasivos: desde cientos de miles hasta más de mil millones de masas solares, en el centro de la mayoría de galaxias grandes. Cómo crecieron tanto y tan pronto sigue siendo una pregunta abierta.
• De masa intermedia: entre 100 y 100 000 masas solares. Es la categoría peor documentada; la fusión GW190521 dejó un remanente de unas 142 masas solares, el primer objeto claramente en ese rango.
• Primordiales: hipotéticos, formados por fluctuaciones de densidad en los primeros instantes del universo. Nunca se ha detectado ninguno.

Sagitario A*, el de nuestra casa

En el centro de la Vía Láctea, en dirección a la constelación de Sagitario, hay un agujero negro supermasivo llamado Sagitario A* («Sagitario A estrella»). Sabemos que está ahí porque llevamos tres décadas viendo estrellas girar alrededor de algo invisible y muy compacto.

Los equipos de Reinhard Genzel y Andrea Ghez siguieron esas órbitas durante años. La estrella S2 completa una vuelta cada 16 años y en su punto más cercano pasa a unas 120 unidades astronómicas del centro, a casi el 3 % de la velocidad de la luz. Con esas órbitas se pesa lo que hay dentro: unos 4,3 millones de masas solares en un volumen minúsculo. Genzel y Ghez compartieron la otra mitad del Nobel de 2020. El instrumento GRAVITY sitúa además el centro galáctico a unos 8 275 pársecs, es decir, unos 27 000 años luz.

Las dos fotografías del Event Horizon Telescope

El 10 de abril de 2019, la colaboración Event Horizon Telescope publicó la primera imagen de la sombra de un agujero negro: M87*, en el centro de la galaxia M87, a unos 55 millones de años luz, con unos 6 500 millones de masas solares y un anillo de 42 microsegundos de arco. El 12 de mayo de 2022 llegó la de Sagitario A*, con un anillo de 51,8 microsegundos de arco; fue mucho más difícil porque aquí el gas da la vuelta en minutos y la imagen «se movía» mientras se tomaba. Ambas se obtuvieron combinando radiotelescopios de todo el planeta hasta formar, por interferometría, un telescopio virtual del tamaño de la Tierra.

Importante: lo que se ve ahí no es el agujero negro. Es el gas caliente que lo rodea, y la mancha oscura central es la sombra que proyecta la curvatura extrema del espacio-tiempo, algo mayor que el propio horizonte. Si te apetece ver cómo una masa desvía la luz que pasa cerca, puedes jugar con nuestro simulador de lente gravitacional.

Escuchar la colisión

El 14 de septiembre de 2015, los dos detectores de LIGO registraron una señal de menos de un segundo: la fusión de dos agujeros negros de unas 36 y 29 masas solares ocurrida a unos 1 300 millones de años luz. El resultado fue un único agujero negro de unas 62 masas solares. Las tres masas solares que faltan se convirtieron en ondas gravitacionales, vibraciones del propio espacio-tiempo.

El hallazgo, GW150914, se anunció el 11 de febrero de 2016 y recibió el Nobel de Física de 2017. Desde entonces la red LIGO-Virgo-KAGRA acumula unas noventa fusiones confirmadas en sus tres primeras campañas. Los agujeros negros han dejado de ser una deducción teórica para contarse por decenas.

Cuatro mitos que conviene desmontar

• No aspiran. Fuera del horizonte, su gravedad es la de cualquier masa equivalente y se debilita con el cuadrado de la distancia. Para caer dentro hay que apuntar muy bien.
• No son agujeros. Son concentraciones de masa, justo lo contrario del vacío. La palabra es una metáfora desafortunada que se popularizó en los años sesenta.
• No se tragan su galaxia. Sagitario A* supone en torno a una millonésima parte de la masa de la Vía Láctea; el Sol orbita el centro galáctico gobernado sobre todo por el resto de la materia de la galaxia.
• No son eternos, en teoría. Hawking demostró en 1974 que efectos cuánticos cerca del horizonte deberían hacerlos radiar y evaporarse. Para uno de masa solar, la evaporación llevaría del orden de 10⁶⁷ años. Esa radiación nunca se ha observado.

¿Y si el Sol se convirtiera en uno?

Es la pregunta estrella en nuestras observaciones públicas. Si mañana el Sol fuese sustituido por un agujero negro de exactamente la misma masa, las órbitas de los planetas no cambiarían en absoluto: la Tierra seguiría dando una vuelta al año a la misma distancia, porque fuera del radio donde antes estaba la superficie solar el campo gravitatorio es idéntico. Solo importa la masa, no cómo esté repartida.

Lo que sí ocurriría es lo otro: se acabarían la luz y el calor, la temperatura de la superficie terrestre se desplomaría en semanas y los océanos terminarían congelándose. El problema no sería que nos «tragara» nada, sino quedarnos sin estrella. Y la parte tranquilizadora, que además es la verdadera: el Sol no puede convertirse en agujero negro, le falta masa con creces. Dentro de unos 5 000 millones de años se hinchará como gigante roja y acabará como enana blanca. Para terminar en agujero negro hay que nacer con más de unas veinte masas solares.

Cuatro objetos, cuatro escalas

Objeto	Masa	Radio de Schwarzschild	Comparación
Tierra	5,972 × 10²⁴ kg	8,9 mm	una canica
Sol	1,988 × 10³⁰ kg	2,95 km	un paseo corto
Sagitario A*	4,3 millones de masas solares	12,7 millones de km	0,085 UA; unas 18 veces el radio del Sol
M87*	6 500 millones de masas solares	19 200 millones de km	128 UA; más allá de la órbita de Neptuno

Lo que aún no sabemos

Queda mucho. No sabemos qué ocurre en la singularidad, porque ahí la relatividad general deja de dar respuestas y haría falta una teoría cuántica de la gravedad que todavía no existe. Tampoco está resuelta la paradoja de la información: si un agujero negro se evapora, ¿qué pasa con la información de lo que cayó dentro? Y seguimos sin entender cómo los supermasivos alcanzaron miles de millones de masas solares cuando el universo tenía menos de mil millones de años.

Nada de esto rebaja lo conseguido: en diez años hemos pasado de «tenemos buenas razones para creer que existen» a fotografiarlos y a detectar cómo chocan. Si quieres que te lo contemos delante de un telescopio, en nuestras salidas siempre acabamos apuntando a Sagitario. No se ve el agujero negro, claro, pero sabemos exactamente dónde está.