Los agujeros negros se encuentran entre los objetos mu00e1s extremos del universo, pero no todos son iguales. Los astru00f3nomos los clasifican en cuatro grandes categoru00edas basadas principalmente en la masa: agujeros negros de masa estelar, de masa intermedia, supermasivos y los au00fan teu00f3ricos agujeros negros primordiales. Cada tipo cuenta una historia diferente sobre cu00f3mo el universo construye estructura a lo largo del tiempo cu00f3smico.
Agujeros negros de masa estelar: El tipo mu00e1s comu00fan
Los agujeros negros de masa estelar se forman cuando una estrella con mu00e1s de aproximadamente 20 veces la masa del Sol agota su combustible nuclear y su nu00facleo colapsa bajo su propia gravedad. El colapso desencadena una explosiu00f3n de supernova, y lo que queda es un objeto tan denso que su atracciu00f3n gravitatoria impide que incluso la luz escape.
Estos agujeros negros suelen abarcar desde unas pocas veces la masa del Sol hasta aproximadamente 100 masas solares. Estu00e1n dispersos por las galaxias, a menudo en sistemas binarios donde extraen gas de una estrella compau00f1era. El gas que cae se calienta y emite rayos X, que es como los astru00f3nomos detectan la mayoru00eda de los agujeros negros de masa estelar. Cygnus X-1, descubierto en la du00e9cada de 1970, fue el primer candidato a agujero negro ampliamente aceptado y sigue siendo un ejemplo clu00e1sico.
Los astru00f3nomos estiman que solo la Vu00eda Lu00e1ctea podru00eda contener hasta 100 millones de agujeros negros de masa estelar, aunque solo se han confirmado unos 50. Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo detectan regularmente fusiones entre pares de estos objetos, proporcionando mediciones precisas de masa y rotaciu00f3n que ayudan a mapear la poblaciu00f3n.
Agujeros negros supermasivos: Los gigantes galu00e1cticos
En el otro extremo de la escala se encuentran los agujeros negros supermasivos, con masas que van desde cientos de miles hasta miles de millones de veces la masa del Sol. Estos objetos residen en los centros de casi todas las galaxias grandes, incluida la Vu00eda Lu00e1ctea.
Sagitario A-star, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, tiene una masa de aproximadamente 4 millones de soles. El agujero negro en el centro de la galaxia Holmberg 15A tiene al menos 40 mil millones de masas solares, colocu00e1ndolo entre los mu00e1s pesados conocidos.
Cu00f3mo los agujeros negros supermasivos crecen tanto sigue siendo una cuestiu00f3n abierta en astrofu00edsica. Algunos pueden haberse formado a partir del colapso directo de enormes nubes de gas en el universo temprano. Otros pueden haber crecido mediante fusiones repetidas con agujeros negros mu00e1s pequeu00f1os y alimentu00e1ndose constantemente de gas y estrellas circundantes. Las observaciones muestran que algunos agujeros negros supermasivos ya estaban en su lugar menos de mil millones de au00f1os despuu00e9s del Big Bang, lo que obliga a las teoru00edas de formaciu00f3n a explicar un crecimiento temprano ru00e1pido.
Cuando los agujeros negros supermasivos consumen activamente grandes cantidades de material, alimentan algunos de los objetos mu00e1s brillantes del universo: los cuu00farsares y los nu00facleos galu00e1cticos activos. El Telescopio del Horizonte de Sucesos produjo la primera imagen directa de la sombra de un agujero negro al apuntar a los agujeros negros supermasivos en M87 y la Vu00eda Lu00e1ctea.
Agujeros negros de masa intermedia: El eslabu00f3n perdido
Entre las categoru00edas de masa estelar y supermasiva se encuentra una poblaciu00f3n que ha frustrado a los astru00f3nomos durante mucho tiempo. Se espera que existan en grandes nu00fameros agujeros negros de masa intermedia, que van desde aproximadamente 100 hasta 100.000 masas solares. Las colisiones entre agujeros negros de masa estelar a lo largo del tiempo cu00f3smico deberu00edan haber producido un continuo de tamau00f1os. Sin embargo, los ejemplos confirmados siguen siendo escasos.
Se han identificado varios candidatos prometedores. El Telescopio Espacial Hubble fotografiu00f3 uno, designado 3XMM J215022.4-055108, con una masa estimada de aproximadamente 50.000 soles. En 2019, LIGO detectu00f3 GW190521, una seu00f1al de onda gravitacional de la fusiu00f3n de dos agujeros negros que produjo un objeto final de 142 masas solares, situu00e1ndose claramente en el rango intermedio.
Los cientu00edficos creen que los agujeros negros de masa intermedia pueden ser las semillas a partir de las cuales crecen los agujeros negros supermasivos. Encontrar suficientes de ellos llenaru00eda un vacu00edo cru00edtico en el panorama evolutivo. Se cree que se esconden en entornos estelares densos como cu00famulos globulares y galaxias enanas, donde fusiones repetidas y la acreciu00f3n de gas podru00edan aumentar gradualmente su masa.
Agujeros negros primordiales: Un fu00f3sil cu00f3smico
La cuarta categoru00eda sigue siendo hipotu00e9tica. Los agujeros negros primordiales podru00edan haberse formado no a partir de estrellas en colapso, sino a partir de fluctuaciones de densidad en el primer segundo despuu00e9s del Big Bang, cuando el universo au00fan era lo suficientemente caliente y denso para que bolsas de material colapsaran directamente en agujeros negros.
Estos objetos podru00edan abarcar una enorme gama de masas, desde menos del peso de un clip hasta 100.000 masas solares. Los agujeros negros primordiales mu00e1s pequeu00f1os se habru00edan evaporado mediante la radiaciu00f3n de Hawking hace mucho tiempo, pero los mu00e1s grandes podru00edan seguir existiendo hoy.
Ningu00fan agujero negro primordial ha sido confirmado nunca, lo que lo convierte en una de las u00e1reas mu00e1s activas de investigaciu00f3n teu00f3rica. Algunos cosmu00f3logos han propuesto que podru00edan constituir parte o la totalidad de la materia oscura del universo. Otros sugieren que podru00edan ser las semillas a partir de las cuales crecieron los primeros agujeros negros supermasivos. Los pru00f3ximos estudios y observaciones de ondas gravitacionales pueden ayudar a resolver la cuestiu00f3n.
Los lu00edmites entre estas categoru00edas no son ru00edgidos. Los cientu00edficos continu00faan reevaluando du00f3nde termina un tipo y comienza otro. Lo que los une a todos es la misma fu00edsica bu00e1sica: una regiu00f3n del espacio-tiempo donde la gravedad ha ganado y las reglas del universo ordinario ya no se aplican.
Imu00e1genes:
- Ilustraciu00f3n de un agujero negro de masa estelar extrayendo material de una estrella compau00f1era (NASA)
- Compuesto multibanda del agujero negro supermasivo Sagitario A-star (NASA/ESA/CXC/STScI)
- Imagen del Hubble del candidato a agujero negro de masa intermedia 3XMM J215022.4-055108 (NASA/ESA/D. Lin)
- Ilustraciu00f3n conceptual de la formaciu00f3n de agujeros negros primordiales (NASA)
Traducido por Alessandra