¿Cuántos tipos de agujeros negros hay?

Todos sabemos que un agujero negro proviene del colapso gravitatorio de una estrella muy masiva. Ahora bien, a lo largo del siglo XX hemos ido aprendiendo que éste no es el único tipo de agujero negro que existe en el universo.

Los agujeros negros podemos catalogarlos catalogan en función de la cantidad de masa que encierran. Los más conocidos son los agujeros negros estelares. Por otro lado tenemos los agujeros negros supermasivos, con una masa de millones e incluso miles de millones de veces la del Sol. No son nada pequeños, como los anteriores, sino que llegan a alcanzar un radio similar a la distancia que hay a la estrella más cercana, Alpha Centauri. Tampoco se encuentran desperdigados sin ton ni son por la galaxia, sino que se sitúan en su centro.

Lo que los astrofísicos siguen sin saber es de dónde han venido, cuál es su origen. Hay diferentes hipótesis, desde que son el resultado de cientos o miles de pequeños agujeros negros que se fusionaron en tiempos remotos, a grandes nubes de gas que colapsan y acretan rápidamente la masa circundante, pasando por un colapso de un cúmulo de estrellas. No obstante, ninguna de ellas resuelve el principal y más serio hándicap de su formación: se necesita una ingente cantidad de materia en un volumen suficientemente pequeño. En el universo actual esta situación es bastante inusual, pero sí hubo una época en que era más probable encontrarla: cuando el universo era joven. ¿Y dónde? Los astrofísicos creen que los agujeros negros supermasivos engordan porque se produce una acreción de gas y polvo acelerada, justo lo que se observa en unos objetos que abundaban en el universo primitivo, los cuásares. Acrónimo de objetos cuasiestelares, son una de las fuentes de energía más potentes que conocemos y cuyo motor se piensa que es un agujero negro supermasivo. Si así fuera, estos tuvieron que formarse muy pronto, porque de la observación de los cuásares más distantes se deduce que los agujeros negros supermasivos ya habían aparecido en el Universo cuando tenía menos de mil millones de años de vida. Desde ese momento, estos objetos no han hecho más que engordar. Como si de un basurero galáctico se tratara, recogen las masas de gas y polvo que le rodean -un material muy abundante en el centro de las galaxias-, que les permite crecer alcanzar tamaños como el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, cuya masa es 4,5 millones de veces la de nuestro Sol. Este también se alimenta de sus primos menores, pues orbitando a su alrededor hay toda una pléyade de agujeros negros estelares que contribuyen poco a poco a aumentar su masa. Según estimaciones de los astrofísicos, debe ser del orden de 20.000.

Dentro del grupo de los superagujeros negros los astrofísicos distinguen un subgrupo peculiar: los llamados agujeros negros ultramasivos (UMBH), como el que se encuentra en el centro de nuestra vecina M87, una galaxia elíptica gigante situada a poco más de 53 millones de años-luz que tiene una masa que alcanza los 6.000 millones de masas solares. ¿Puede un UMBH crecer sin límites? Aparentemente no. Teóricamente su 'gordura' tiene un techo: alrededor de 50.000 millones de masas solares según ha calculado Andrew King, de la Universidad de Leicester, Inglaterra.

Pero hay algo que no les cuadra a los astrofísicos que estudian la población de agujeros negros del universo. Tenemos los que aparecen como consecuencia de la muerte de una estrella, que tienen masas entre 5 y 80 veces la del Sol. Luego tenemos los superagujeros, de entre 100.000 a miles de millones de masas solares. Y entre ambos grupos... ¿nada? ¿no hay agujeros negros de masa intermedia, de 1.000 o 10.000 veces la masa del Sol? Esta ausencia no convence a los astrónomos, que se esfuerzan por encontrar pruebas de que existen un tipo de agujeros negros intermedios. Algunos señalan que las misteriosas fuentes de rayos X ultraluminosas son su huella astronómica.

En la década de 1980 el satélite Einstein, un telescopio espacial de rayos X, descubrió dentro de algunas galaxias una nueva clase de fuente de rayos X extremadamente brillante. Fue toda una sorpresa, pues no se encontraban cerca de los agujeros negros supermasivos. Eran fuentes muy intensas que emitían por igual en todas direcciones. Además, los objetos eran tan luminosos que por fuerza debían expulsar parte de la materia que contuvieran. En resumen, nada de esto se podía explicar por meros procesos estelares; debía haber algo más. De cuásares a restos de supernova pasando por agujeros negros de masa intermedia: estos fueron los sospechosos habituales para los misteriosos objetos. Con el lanzamiento de nuevos satélites más potentes y precisos como NuSTAR, Chandra o XMM-Newton, un nuevo sospechoso se ha unido a la lista: las estrellas de neutrones, cadáveres estelares cuyo tamaño es el de una esfera de radio el de una ciudad media y con una masa de 2-3 soles. Resolver lo que son resulta complicado por que no abundan demasiado en el universo: en nuestra galaxia, por ejemplo, no se ha detectado ninguna, y como mucho sólo hay una fuente de rayos X ultraluminosa por galaxia.

Ahora bien, si estos objetos no son agujeros negros intermedios, ¿dónde están? O mejor aún, ¿realmente están ahí arriba? En 2014, un equipo de astrónomos afirmó que lo que parecía ser un grupo de estrellas masivas que orbitaba a tan solo 3 años-luz del centro de nuestra galaxia, GCIRS 13E, era uno de esos elusivos agujeros negros, en este caso de 1.300 masas solares. Pero las pruebas que aportaron eran circunstanciales y la mayoría de los astrónomos son reticentes a aceptar sus conclusiones. Desde entonces otros astrónomos han propuesto sus candidatos a agujero negro intermedio, sin demasiado éxito. La última es de 2017, cuando se anunció que podría haber un agujero negro de unos pocos miles de masas solares en el cúmulo globular 47 Tucanae. Habían deducido su existencia estudiando el movimiento de las estrellas del cúmulo, pero tras un análisis más detallado de su dinámica se descartó que se tratara de un agujero negro.

Por otro lado, también es necesario explicar de dónde salieron: aquí los astrónomos han dejado volar su imaginación y entre otras está la colorista hipótesis de que podrían formarse cuando las estrellas de un grupo colisionan en cadena. Sea como fuere, el enigma continua.

Si una tupida bruma de misterio cubre a esos misteriosos agujeros negros, otra más impenetrable es la de los microagujeros negros. En 1974 Stephen Hawking postuló que podrían existir agujeros negros del tamaño de una cabeza de alfiler y con la masa de una montaña. Evidentemente su existencia no se debe al colapso estelar, y en los años siguientes los teóricos se esforzaron por encontrar algún mecanismo que los generara. El Big Bang les dio ese mecanismo: podrían haberse formado menos de un segundo después del chupinazo cósmico, de ahí que también se les llame agujeros negros primordiales. El ingrediente esencial es una fluctuación en la densidad del Universo que induzca un colapso gravitacional. Pero el reto es, evidentemente, descubrir cómo detectarlos... si existen, claro.

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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