¿Cuál es la teoría actual sobre la formación de los agujeros negros?

Separemos con una red imaginaria un conjunto de materia del resto del universo. Cualquier materia vale: unos trozos de hierro, un cubo de agua, una casa, la Tierra entera, el Sol o una galaxia completa con todas sus estrellas. Construyamos ahora un fino hula hoop con circunferencia en metros igual a 1,48x10-27 veces la masa total en kilogramos del conjunto de materia elegido. Si conseguimos compactar toda esa materia, como hacen los camiones de la basura, hasta que pueda pasar por dentro del hula hoop en cualquier dirección, habremos conseguido formar un agujero negro.

Un trozo de hierro, o el Sol entero, gravita sobre sí mismo, esto es, intenta encogerse por efecto de la gravedad. Sin embargo, las fuerzas estructurales del material (la presión del gas en el caso del Sol) son demasiado poderosas como para dejarse ganar por la tenue fuerza de la gravedad. Sin embargo, cuando la materia es muy compacta en relación a su masa total, la fuerza de la gravedad siempre acaba ganando, produciendo el colapso de la materia en cuestión sobre sí misma y generando así un agujero negro. Para hacernos una idea de los números involucrados, si consiguiéramos compactar la Tierra hasta que tuviera el tamaño de una típica canica de cristal, esta se convertiría en un agujero negro. Sin embargo, no tenemos que asociar necesariamente agujero negro con densidades gigantescas. Cuanta más materia tengamos para formar un agujero negro, la densidad que es necesario alcanzar en la compactación es menor. Nuestra galaxia se convertiría en un agujero negro sólo con que la contrajésemos hasta ocupar una región de diez años luz de radio, momento en el cual sólo habría alcanzado la densidad del aire que nos envuelve.

Si compactáramos la Tierra al tamaño de una canica de cristal, se convertiría en un agujero negro

Sin embargo, una cosa es lo que nos dice y permite la teoría general de la relatividad, la teoría más precisa de que disponemos para describir los fenómenos gravitatorios, y otra cosa el camino específico que utiliza la naturaleza para formar agujeros negros. Cada paso en favor de la contracción gravitatoria es contrarrestado por diversos mecanismos de presión estructural que detienen la contracción haciendo complicada la formación de agujeros negros. Cuando las estrellas comunes agotan su combustible termonuclear, el cual proporciona la presión que las mantiene estables, después de pasar por varias y complejas fases evolutivas se contraen hasta formar enanas blancas o estrellas de neutrones (estas últimas son el residuo final de lo que se conoce como explosiones de supernova). Estos objetos celestes soportan su autoatracción gravitatoria gracias a un nuevo tipo de presión de origen cuántico, aquella basada en la contrastada aversión que tienen los electrones o los neutrones, respectivamente, a estar demasiado juntos (estas dos partículas, junto con los protones, son los constituyentes fundamentales de toda materia). Las estrellas de neutrones, en particular, tienen una densidad gigantesca, pero todavía un tamaño de unas dos veces el tamaño crítico que las convertiría en agujeros negros.

Sin embargo, la relatividad general nos dice que la repulsión entre las partículas constituyentes no puede soportar estructuras con una masa mayor que unas tres veces la masa del Sol. Si arrojamos materia adicional sobre una estrella de neutrones, al final la estructura colapsará sobre sí misma para formar un agujero negro. También puede suceder que si la masa de la estrella progenitora es extre-madamente alta (más de cien veces la masa del Sol), en su explosión como hipernova (forma muy energética de supernova acompañada de emisión de rayos gamma) el núcleo tenga un sobrepeso que lo lleve directamente a formar un agujero negro. Todo indica que estas dos vías son las que llevan a la formación de los objetos extremadamente oscuros y compactos que se han detectado. Que realmente tengan un tamaño menor que el crítico es algo que todavía desconocemos. Mientras no se demuestre lo contrario, seguiremos llamándolos agujeros negros.