El zoo de los agujeros negros

Uno de los especialistas capaces de abordar las matemáticas de Einstein era el físico y astrónomo alemán Karl Schwarzschild, quien distrajo parte del tiempo que dedicaba al esfuerzo alemán de la PGM para dar la primera solución a las ecuaciones de campo de Einstein, lo que este celebró jubiloso. La solución de Schwarzschild se puede explicar más o menos así: si la masa de los objetos puede curvar el espaciotiempo (algo que demostraría Arthur Eddington en el eclipse solar de 1919), un objeto de gran densidad podría curvar el espaciotiempo de modo que no pudiera escapar de su gravedad ni siquiera la luz. A estos objetos hipotéticos se les llamó originalmente 'estrellas congeladas', pero en 1967 el físico estadounidense John Archibald Wheeler les dio su nombre definitivo: agujeros negros.

Nadie creía que pudieran existir en la realidad. Eran una anomalía matemática. El propio Eddington dijo que «debe de haber una ley de la naturaleza que evite que una estrella se comporte de esta absurda manera». Pero en 1964 los astrónomos vieron la primera evidencia de la existencia real de un agujero negro en la Vía Láctea, en la constelación del Cisne. Un posible agujero negro (que llamaron Cygnus X-1) estaba absorbiendo el gas de una estrella azul supergigante… ese gas se calentaba tanto al caer en el agujero negro que emitía rayos X y rayos gamma de alta energía.

A partir de ese momento, los agujeros negros dejaron de ser un objeto teórico y se convirtieron en un eje de la investigación astronómica. Buscando con mejores instrumentos y métodos, los astrofísicos empezaron a encontrar todo un zoo de agujeros negros, hasta llegar a la hazaña de fotografiar el primero, en 2019. Lo llamaron Powehi.

Un agujero negro puede tener diversos orígenes y tamaños. Y, pese a que su definición da la idea de que puede existir durante toda la eternidad devorando la materia a su paso, el físico inglés Stephen Hawking demostró que los agujeros negros liberan radiación (llamada precisamente de Hawking) debida a efectos cuánticos que, si no reabastece su masa, pueden acabar evaporándose. Es decir, los agujeros negros nacen, viven y pueden desaparecer.

Sin embargo, su desaparición no es rápida. Un agujero negro supermasivo como el del centro de nuestra galaxia puede tardar un gúgol de años. Es decir un uno seguido de cien ceros. Un tiempo enorme si consideramos que nuestro Universo tiene apenas 13.800 millones de años de existencia.

Un agujero negro puede o no tener carga y puede ser estacionario o girar a gran velocidad. Con base en estas características, puede entrar en una de cuatro clasificaciones: agujero negro de Schwarzschild (estacionario y sin carga), de Reissner-Nordström (estacionario y con carga), de Kerr (giratorio y sin carga) o de Kerr-Newman (giratorio y con carga).

Otra forma de clasificarlos es por su masa. Los más grandes del Universo se conocen como agujeros negros supermasivos, que suelen encontrarse en el centro de las galaxias más grandes. Se cree que prácticamente todas las galaxias masivas tienen uno de estos en su centro. Su masa puede ser de varios cientos de miles de veces la de nuestro Sol hasta milles de millones de veces mayor. El más cercano a nuestro planeta es Sagitario A*, que está en el centro de nuestra propia Vía Láctea y tiene una masa de unos 2,6 millones de veces la del Sol. Su origen es aún un misterio, pero se cree que surgen de la fusión de varios agujeros negros procedentes del colapso de estrellas y de la absorción de masa en sus alrededores.

Luego están los agujeros negros de masa intermedia, de unas mil veces la del sol, y pueden existir en el centro de galaxias pequeñas o grupos de estrellas. Aunque aún no se ha visto ninguno, hay sólidos candidatos. La hipótesis es que se forman al unirse varias estrellas que finalmente colapsan bajo su propia atracción gravitacional.

La tercera categoría de esta clasificación son los agujeros negros de masa estelar, que son los más comunes y númerosos. Su masa es de entre tres veces la del Sol y algunos cientos de veces más. Nacen cuando una estrella masiva llega al fin de su vida y estalla en forma de supernova, dejando atrás un agujero negro.

Por último, los científicos creen que es posible que haya microagujeros negros, de masas enormemente pequeñas y de tamaños no mayores a un átomo, que se hubieran creado en las primeras etapas del universo, poco después del Big Bang, por lo que también se llaman 'agujeros negros primordiales'.

Dado que es imposible ver un agujero negro, los astrónomos los detectan por los efectos que tienen a su alrededor. Así, al pasar por una nube de materia interestelar y atraerla, o al encontrarse con una estrella y atraerla rompiéndola, la materia que atrae el agujero negro se calienta y emite rayos X o, probablemente, rayos gamma. La materia que está cayendo en un agujero negro puede formar alrededor de este un disco de acreción o acumulación que al calentarse por la fricción forma algunos de los objetos más brillantes del Universo, los cuásares.

Así se descubrió el agujero más cercano de nuestro sistema solar conocido hasta hoy, a una distancia de 1.000 años luz, que en términos astronómicos es prácticamente a la vuelta de la esquina. Se detectó viendo cómo interactúa con dos estrellas, una en órbita alrededor del propio agujero negro y otra en órbita del par de agujero negro y estrella.