4.1 Qué es un agujero negro: lo que observamos, cómo lo clasificamos y por qué explicarlo es difícil

Inicio ／ Capítulo 4: Agujeros negros (V5.05)

Un agujero negro no es un vacío. Es una región que arrastra con enorme fuerza todo lo que la rodea. Cerca de él, cualquier intento de escapar “hacia fuera” se frustra; más lejos, vemos su huella en tres escalas de lectura: el plano de imagen, el tiempo de la variabilidad y el espectro de energía. Esta sección fija el programa del capítulo: qué observamos, cómo ordenamos esas señales y dónde están los mayores escollos. Los mecanismos vendrán más adelante.

I. Apariencia observada: cómo se ve y cómo cambia en el tiempo

• Sombra en anillo y borde brillante: Las imágenes de múltiples instrumentos suelen mostrar un “centro oscuro + anillo luminoso”. El centro oscuro no es un disco opaco, sino la proyección de una zona de la que la emisión sale con dificultad. El anillo no es uniforme; aparece a menudo un sector más brillante. Con datos de mayor calidad, a veces se adivina un subanillo interno tenue —como un segundo eco de trayectorias similares.
• Patrones de polarización: En torno al anillo, los ángulos de polarización no cambian al azar. Se retuercen suavemente a lo largo del contorno y muestran inversiones en bandas estrechas. Esto sugiere estructura organizada cerca del núcleo, no emisión caótica.
• Variabilidad rápida y lenta a la vez: El brillo sube y baja en minutos y horas, pero también en meses y años. Entre bandas, los cambios pueden ser casi síncronos o seguir adelantos y retrasos estables. A estas marchas compartidas algunos las llaman “escaleras comunes”. Tras eventos fuertes aparecen “ecos” que decaen, con intervalos cada vez más largos.
• Chorros rectos y longevos: Desde radio hasta altas energías, muchas fuentes lanzan chorros estrechos, persistentes y multiescala a lo largo de dos polos. No son erráticos: se acoplan a las variaciones del núcleo y, lejos, forman “puntos calientes” segmentados.

En síntesis, las señales de los agujeros negros no son lisas. Vemos una rugosidad ordenada: qué sector se ilumina, dónde se invierte la polarización y cuándo varias bandas avanzan al mismo paso son motivos que se repiten.

II. Tipos y orígenes: de masa estelar a supermasivos, más la propuesta primordial

• Agujeros negros de masa estelar: Nacen del colapso de estrellas masivas o de fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros. Suelen tener de unas pocas a decenas de masas solares. Se manifiestan en binarias de rayos X y en eventos de ondas gravitacionales.
• Candidatos de masa intermedia: Del orden de 100 a 100 000 masas solares, quizá en cúmulos densos, galaxias enanas o fuentes de rayos X ultraluminosas. La evidencia crece, pero la etiqueta sigue cautelosa.
• Agujeros negros supermasivos: De millones a decenas de miles de millones de masas solares en los centros galácticos. Alimentan cuásares y núcleos activos, y conducen chorros a gran escala y “burbujas” de radio.
• Agujeros negros primordiales (hipótesis): Si las fluctuaciones de densidad del universo temprano fueron lo bastante grandes, pudieron formarse directamente. Se buscan con microlente gravitacional, ondas gravitacionales y el fondo cósmico de microondas (CMB).

Estas categorías son etiquetas de escala. Muchas “huellas” —anillos, sectores brillantes, bandas de polarización y ritmos— reaparecen con formas parecidas en distintos tamaños.

III. Relatos de origen actuales: explicaciones dominantes sobre “de dónde vienen”

• Crecimiento por colapso o fusión: Los objetos de masa estelar nacen por colapso y luego ganan masa por acreción o fusiones. En entornos densos, encadenar fusiones puede llevar al rango intermedio.
• Colapso directo: Cuando una nube de gas masiva falla al enfriarse o pierde momento angular con eficacia, puede saltarse la etapa estrella–supernova y colapsar en una semilla pesada.
• Semillas con alimentación rápida: En “comedores” de alta densidad, las semillas acrecen con eficiencia y “engordan” hasta ser supermasivas en poco tiempo.
• Extracción de energía y chorros: El marco dominante acopla campos magnéticos y giro para canalizar energía hacia fuera. Combina un disco de acreción calentado con vientos de disco y salidas para explicar la emisión del entorno interno.

Estos relatos cubren necesidades globales —dirección a gran distancia, presupuesto energético y existencia de chorros— y las simulaciones magnetohidrodinámicas dibujan estructuras plausibles. Sin embargo, al acercarnos a la textura fina junto al horizonte, persisten tres problemas duros.

IV. Tres problemas difíciles: donde las explicaciones se tensan

• Horizonte liso frente a textura fina: La geometría traza una frontera perfecta y sin espesor, y deja a la curvatura y a las geodésicas guiar los movimientos, algo excelente lejos del núcleo. Pero la textura fina cerca del horizonte —sectores que persisten más brillantes en ángulos preferidos, inversiones de polarización en bandas y “escaleras comunes” y ecos independientes del color— suele exigir una capa adicional de “física de materiales” (perturbaciones concretas, viscosidad, reconexión magnética, aceleración de partículas con cierre radiativo). A medida que se apilan suposiciones microfísicas, es fácil ajustar modelos para que “se vean bien”, pero difícil obtener huellas unificadas y falsables.
• Coordinación disco–viento–chorro: Las observaciones muestran que el disco de acreción, el viento del disco y los chorros pueden elevarse juntos y decaer juntos en ciertos episodios. Sumar motores separados explica mal esta “repartición de tareas con una sola abertura”: por qué los chorros permanecen rígidos y rectos, los vientos son gruesos y lentos y la base interna es estable y suave, y cómo ese reparto se adapta al entorno.
• Cronograma ajustado para los primeros supermasivos: Aparecen agujeros negros muy masivos en épocas cósmicas tempranas. Incluso con tasas de acreción altas y fusiones frecuentes, el tiempo aprieta. Hay rutas aceleradas propuestas —semillas por colapso directo, suministro muy eficiente y acoplamiento ambiental—, pero falta una “huella de vía rápida” única y comprobable. (La sección 3.8 lo desarrolla.)

Detrás de estos escollos hay una carencia común: de qué está hecha la frontera cercana al horizonte y cómo funciona. La geometría ya indica adónde y a qué velocidad. Falta un retrato “material” de la frontera, con firma electromagnética/“acústica”, que pueda compararse de forma directa con los datos.

V. Objetivos del capítulo: dotar a la frontera de física operativa y de un cuadro unificado

Las matemáticas importan, pero buscamos la verdad. En la teoría de los hilos de energía (Energy Threads, EFT), no tratamos la frontera próxima al horizonte como una superficie ideal y lisa, sino como una corteza tensil activa: una “piel” portante, de espesor finito, que los eventos internos pueden reescribir por momentos. De forma unificada, reparte la energía en tres salidas. Nombraremos esas salidas, explicaremos cómo se enciende cada una y qué lecturas transporta. Este enfoque persigue tres metas:

• Unificar la evidencia imagen–tiempo–energía: Un mismo conjunto de reglas de frontera explica el anillo principal y el subanillo, el sector preferente más brillante y las inversiones de polarización, así como las escaleras comunes y los ecos entre bandas.
• Hacer natural la coordinación disco–viento–chorro: El canal con menor resistencia recibe la mayor cuota. Cuando cambian el entorno y el suministro, la “llave de reparto” de la frontera se actualiza sin montar mecanismos ad hoc.
• Ofrecer huellas comprobables de “vía rápida” para el crecimiento temprano: Si la frontera permanece en un estado más “cedente”, la energía sale con mayor facilidad y la estructura converge más hacia dentro. Eso debería dejar firmas espaciales y temporales específicas en las observaciones.

A partir de aquí avanzaremos paso a paso: definiremos la superficie crítica externa, la banda crítica interna, la zona de transición y el núcleo; mostraremos cómo la frontera “se revela” en el plano de imagen y “se hace oír” en el tiempo; describiremos cómo escapa la energía; compararemos comportamientos según la masa; los pondremos en diálogo con la teoría contemporánea; y, por último, presentaremos una lista de verificación y un mapa de posibles desenlaces.