¿Puede un agujero negro partirse en dos? Astrofíficos descubren cuándo podría suceder
Sabemos que dos agujeros negros pueden fusionarse en uno, pero ¿podría ocurrir lo contrario? Un nuevo estudio desafía los límites de la relatividad de Einstein y revela las condiciones extraordinarias que permitirían a uno de estos gigantes cósmicos dividirse en dos.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística de un agujero negro que se fragmenta en dos. Un nuevo estudio explora las condiciones extremas en las que podría producirse este fenómeno, nunca observado hasta ahora. Crédito: IA-DALL-E / RexMolón Producciones
Dos agujeros negros pueden chocar, fusionarse y convertirse en uno solo. Los astrónomos ya han detectado este fenómeno gracias a las ondas gravitacionales, pequeñas ondulaciones del espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz. Pero ¿podría ocurrir lo contrario? ¿Es posible que un agujero negro se divida en dos agujeros negros más pequeños?
La respuesta es que, según la relatividad general clásica y en condiciones normales, no. Sin embargo, una nueva investigación internacional ha identificado circunstancias excepcionales en las que la fragmentación podría ser físicamente admisible. Entre ellas figuran los agujeros negros que giran cerca de su límite máximo, ciertos modelos con dimensiones espaciales adicionales y teorías que modifican las leyes de la gravedad.
El estudio, titulado When Black Holes Admit Pair-of-pants Topologies (Cuando los agujeros negros admiten topologías con forma de pantalón), ha sido publicado en la revista científica Physical Review D.
Sus autores, Giacomo Cacciapaglia, Manuel Del Piano, Francesco Sannino y Vania Vellucci, han investigado las condiciones matemáticas que podrían permitir que un único agujero negro se transformase en dos o más objetos independientes.
La conclusión fundamental es que la fragmentación de un agujero negro no está demostrada, pero determinados escenarios teóricos permiten plantearla sin incumplir algunas de las restricciones físicas habituales.
«En nuestro estudio investigamos qué leyes físicas impiden normalmente que un agujero negro se divida en dos. También examinamos si determinadas circunstancias podrían permitir esa división», explica Sannino, profesor de Física en la Universidad Federico II de Nápoles e investigador vinculado a la Universidad del Sur de Dinamarca, en un comunicado de esta última institución.
¿Por qué los agujeros negros no pueden dividirse normalmente?
Para comprender el problema hay que recordar qué es exactamente un agujero negro. Este es una región del espacio-tiempo cuya gravedad es tan intensa que nada puede escapar de su interior una vez atravesado el horizonte de sucesos, ni siquiera la luz.
No hay que olvidar que el horizonte de sucesos no es una superficie física, sino una frontera invisible que separa la región desde la que todavía es posible enviar señales al exterior de aquella desde la que ya no puede hacerse.
Y esa frontera obedece a unas reglas extraordinariamente estrictas.
En 1971, el físico Stephen Hawking formuló el conocido teorema del área, según el cual la superficie total de los horizontes de sucesos no puede disminuir en determinados procesos descritos por la relatividad general clásica.
Cuando dos agujeros negros se fusionan, el horizonte del objeto resultante debe tener un área igual o superior a la suma de las áreas originales, siempre que se cumplan las condiciones del teorema.
La regla está relacionada con uno de los principios fundamentales de la termodinámica: la segunda ley, que establece que la entropía total de un sistema aislado no puede disminuir.
Representación de un agujero negro que se divide en dos, dando lugar a una estructura con forma de pantalón. Esta geometría, denominada «topología de pantalón», ilustra la fragmentación teórica de un agujero negro. Cortesía: Francesco Sannino.
La entropía: el obstáculo que impide romper un agujero negro
La entropía es una magnitud física relacionada con el número de configuraciones microscópicas posibles de un sistema. En los agujeros negros, la fórmula de Bekenstein-Hawking establece que esta propiedad es proporcional al área de su horizonte.
Esto significa que dividir un agujero negro no es tan sencillo como partir una roca o separar una gota de agua.
Para un agujero negro sin rotación, denominado agujero negro de Schwarzschild, la entropía aumenta con el cuadrado de su masa.
Si imaginamos que un objeto de este tipo se fragmenta en dos agujeros negros más pequeños cuya masa conjunta equivale a la original, la suma de sus entropías sería inferior a la del agujero negro inicial.
El ejemplo más sencillo permite comprenderlo: si un agujero negro sin rotación se dividiera en dos partes de idéntica masa, la entropía total de ambos fragmentos sería la mitad de la original, suponiendo que no se pierde energía durante el proceso.
En esas condiciones idealizadas, la división violaría las restricciones de la segunda ley de la termodinámica aplicada al sistema.
La naturaleza, por tanto, parece favorecer que los agujeros negros se unan, no que se separen. Pero existe una propiedad capaz de modificar considerablemente esta situación: la rotación.
Los agujeros negros que giran casi al límite podrían ser diferentes
Ahora bien, los agujeros negros no tienen por qué permanecer inmóviles. Muchos giran sobre sí mismos, a veces a velocidades extraordinarias.
Estos objetos reciben el nombre de agujeros negros de Kerr, en referencia a la solución matemática de la relatividad general que describe su comportamiento.
A diferencia de los agujeros negros sin rotación, los de Kerr presentan una relación más compleja entre su masa, su momento angular y su entropía. Cuanto mayor es la rotación de un agujero negro de Kerr, menor es el área de su horizonte para una misma masa. Y, por consiguiente, menor es también su entropía.
Este detalle abre una posibilidad hasta ahora poco explorada.
Si un agujero negro extremadamente rápido se partiera en dos, parte de su rotación original podría convertirse en el movimiento orbital de los fragmentos. Bajo determinadas condiciones, la entropía conjunta de los objetos resultantes podría ser superior a la del agujero negro inicial.
Es decir, la segunda ley de la termodinámica ya no impediría necesariamente la fragmentación. Sin embargo, los investigadores identificaron un segundo obstáculo.
No basta con dividirse: los fragmentos tienen que escapar
Para que un agujero negro se fragmente realmente, los dos objetos resultantes deben conseguir separarse. Si uno de ellos permanece demasiado cerca del otro, la atracción gravitatoria provocaría su reabsorción.
Los autores estudiaron este problema utilizando un modelo en el que un agujero negro de Kerr se divide en dos agujeros negros sin rotación, uno mucho más pequeño que el otro. Para ello, analizaron simultáneamente las condiciones de conservación de energía, conservación del momento angular, aumento de entropía y movimiento de los fragmentos.
Los resultados fueron muy restrictivos.
🗣️ «Los dos agujeros negros resultantes también deben poder separarse, en lugar de volver a caer inmediatamente uno sobre el otro. Cuando incluimos este requisito, la ventana de posibilidades prácticamente vuelve a cerrarse, salvo quizá para agujeros negros que giran cerca de su velocidad máxima permitida», explica Sannino.
El estudio concluye que las condiciones examinadas solo podrían cumplirse simultáneamente cuando el agujero negro original se encuentra cerca de su límite extremo de rotación, conocido en física como régimen casi extremal.
Esto no significa que un agujero negro que gire muy rápido vaya a romperse. Los cálculos identifican configuraciones admisibles, pero no demuestran que la fragmentación pueda producirse de forma espontánea.
La diferencia es esencial: que un fenómeno no esté descartado por ciertas ecuaciones no significa que exista un mecanismo físico capaz de hacerlo realidad.
Una de las características más llamativas del estudio es su título, que compara la posible fragmentación de un agujero negro con la forma de unos pantalones.
La explicación procede de las matemáticas.
Imaginemos que representamos la evolución de un agujero negro a lo largo del tiempo. Si permanece intacto, su horizonte dibuja una estructura continua, semejante a un tubo. Pero si ese horizonte se dividiera en dos, la representación tendría una región inicial común que acabaría separándose en dos prolongaciones independientes.
➡️ El resultado recordaría a unos pantalones: una parte superior conectada con dos perneras.
En matemáticas, esta figura se denomina pair-of-pants topology o topología de pantalón. La analogía describe cómo una superficie conectada podría evolucionar hacia dos superficies separadas.
No obstante, existe una dificultad adicional: un teorema asociado al físico Roger Penrose impide la bifurcación futura de los horizontes de sucesos cuando se cumplen determinadas condiciones globales de la relatividad general clásica.
Por eso los investigadores distinguen entre estudiar configuraciones con varios horizontes aparentes y demostrar que un horizonte de sucesos se ha dividido realmente.
La representación de los pantalones es, de momento, una herramienta conceptual para investigar esa transición, no la descripción de un fenómeno observado.
Artist's impression of a stellar-mass black hole.
CREDIT
European Space Agency, NASA and Felix Mirabel (the French Atomic Energy Commission & the Institute for Astronomy and Space Physics/Conicet of Argentina)
Las dimensiones adicionales podrían permitir que un agujero negro se fragmente
Los autores también analizaron qué ocurriría si nuestro universo tuviera más dimensiones espaciales que las tres que conocemos.
Algunas teorías físicas contemplan esa posibilidad, aunque todavía no existen pruebas experimentales de que tales dimensiones adicionales sean reales. En esos escenarios hipotéticos pueden surgir objetos gravitatorios con geometrías muy diferentes de las habituales.
Uno de ellos es la llamada cuerda negra, una estructura cuyo horizonte se extiende a lo largo de una dimensión adicional.
Cuando una cuerda negra es suficientemente larga y delgada, puede desarrollar una inestabilidad conocida como inestabilidad de Gregory-Laflamme, que fue propuesta por los físicos Ruth Gregory y Raymond Laflamme en 1993.
Pequeñas perturbaciones que normalmente desaparecerían pueden crecer progresivamente y deformar su horizonte.
La estructura empieza entonces a desarrollar abultamientos conectados por regiones cada vez más estrechas, como las cuentas de un collar unidas por un hilo.
Las simulaciones numéricas han confirmado el desarrollo de esta inestabilidad y la aparición de estrechamientos extremos.
Sin embargo, todavía no existe una demostración rigurosa de que el resultado final sea un conjunto de agujeros negros regulares y completamente independientes. El proceso puede alcanzar condiciones de curvatura divergente, asociadas a la aparición de singularidades desnudas.
También se han identificado inestabilidades semejantes en determinados agujeros negros ultrarrápidos descritos por la solución de Myers-Perry, que generaliza los agujeros negros en rotación a espacios con dimensiones adicionales.
La conclusión es importante: al ampliar el número de dimensiones del espacio-tiempo, aparecen mecanismos de inestabilidad que no existen en los agujeros negros convencionales de cuatro dimensiones.
¿Y si la teoría de Einstein necesitara modificaciones?
Otra posibilidad investigada por el equipo consiste en modificar las ecuaciones que describen la gravedad.
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein ha superado numerosas pruebas experimentales, pero todavía no se ha integrado completamente con la mecánica cuántica.
Algunas propuestas alternativas introducen correcciones que modifican la relación entre la masa de un agujero negro, el tamaño de su horizonte y su entropía.
Los autores encontraron que, en ciertos modelos de gravedad modificada, dividir un agujero negro puede convertirse en un proceso termodinámicamente favorable.
Esto sucede especialmente cuando la fragmentación produce dos objetos de masas muy desiguales.
En determinados modelos con correcciones de curvatura, las condiciones matemáticas permitirían incluso contemplar agujeros negros de masas astrofísicas, siempre que los fragmentos fueran suficientemente pequeños.
Pero los investigadores advierten de una limitación fundamental: un aumento de entropía no constituye una prueba de que el objeto sea dinámicamente inestable.
Para demostrarlo sería necesario estudiar cómo evoluciona realmente el sistema y comprobar si existe un mecanismo que produzca la separación.
Horizontes deformados y materia exótica
El trabajo incorpora además un escenario relacionado con la geometría del horizonte.
Normalmente imaginamos los agujeros negros como objetos de contornos perfectamente regulares. Sin embargo, determinados modelos permiten horizontes deformados por campos de materia.
Los científicos examinaron configuraciones asociadas a condensados superfluidos de piones que desarrollan estructuras de vórtices.
Estas estructuras poseen propiedades topológicas capaces de modificar la masa y la entropía del agujero negro.
Los cálculos indican que, bajo condiciones específicas, la fragmentación podría resultar termodinámicamente favorable incluso en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones.
Es una posibilidad teórica que necesita investigaciones adicionales para determinar si el proceso podría ocurrir físicamente.
El físico Stephen Hawking experimenta la ingravidez durante un vuelo parabólico en 2007. Sus investigaciones sobre la entropía y la radiación de los agujeros negros revolucionaron nuestra comprensión de estos objetos cósmicos. Crédito: NASA.
Los agujeros negros primordiales podrían ser los mejores candidatos
Aunque el estudio considera numerosos escenarios, una de sus implicaciones más interesantes se relaciona con los agujeros negros primordiales. Estos objetos hipotéticos podrían haberse formado durante las primeras etapas del universo, a partir de concentraciones extraordinarias de densidad poco después del big bang.
A diferencia de los agujeros negros estelares, que nacen a partir del colapso gravitatorio de estrellas masivas, los primordiales podrían presentar una amplia variedad de masas, incluidas algunas extremadamente pequeñas.
Los investigadores consideran que estos objetos podrían ofrecer condiciones especialmente interesantes para explorar la fragmentación.
La razón está relacionada con los efectos cuánticos.
Según la predicción de Hawking, los agujeros negros pueden emitir radiación y perder masa lentamente. Este fenómeno, denominado radiación de Hawking, se intensifica cuanto menor es la masa del agujero negro.
El estudio plantea una posibilidad peculiar: un fragmento diminuto podría formarse cerca de otro agujero negro, quedar gravitatoriamente atrapado y, aun así, evaporarse antes de volver a caer sobre él.
Los cálculos restringen esta posibilidad a escalas cercanas a la masa de Planck, donde las descripciones actuales de la gravedad y los efectos cuánticos encuentran importantes limitaciones. Además, los agujeros negros primordiales tienen interés cosmológico porque se investigan como posibles componentes de la materia oscura.
Si alguno pudiera fragmentarse, el proceso podría influir en su distribución de masas y, por tanto, en las predicciones sobre su posible contribución a la materia oscura.
Por ahora, conviene recordar que los agujeros negros primordiales no han sido confirmados mediante observaciones.
¿Cómo podríamos detectar un agujero negro que se divide?
La posibilidad de buscar pruebas observacionales constituye una de las consecuencias más sugerentes de la investigación.
🗣️ «Todavía no podemos dar una probabilidad única de que un agujero negro se divida. Depende de cómo se comporte la gravedad más allá de la teoría de Einstein, y estamos trabajando para cuantificarlo», reconoce Sannino.
El físico considera que los pequeños agujeros negros primordiales podrían ofrecer mejores oportunidades que los agujeros negros astrofísicos de gran masa.
«Esperamos que los pequeños agujeros negros primordiales sean más propensos a fragmentarse que los agujeros negros astrofísicos mucho mayores. Podríamos detectar indirectamente una división: telescopios de rayos gamma como el Fermi-LAT pueden buscar señales de diminutos fragmentos de agujeros negros que podrían formarse durante las fusiones», explica Sannino.
El Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) estudia emisiones gamma procedentes de algunos de los fenómenos más energéticos del universo. Si se formasen fragmentos de agujeros negros suficientemente pequeños, su eventual evaporación mediante radiación de Hawking podría producir señales de alta energía.
Otra posible vía de investigación serían las ondas gravitacionales emitidas durante procesos extremos, especialmente las fusiones de agujeros negros.
Pero existen obstáculos importantes.
Hasta ahora no se ha detectado directamente la radiación de Hawking procedente de agujeros negros astrofísicos ni se ha identificado una señal que demuestre la fragmentación de uno de estos objetos.
Además, sería necesario descartar otras explicaciones astrofísicas antes de atribuir una posible emisión a un fragmento de agujero negro.
Los investigadores tampoco han calculado una probabilidad general de fragmentación ni una tasa de acontecimientos que permita anticipar cuántos podrían producirse.
¿Qué ha demostrado realmente el nuevo estudio?
La investigación permite establecer tres conclusiones importantes.
1️⃣ La primera es que los agujeros negros convencionales sin rotación no pueden dividirse en dos agujeros negros independientes mediante el proceso idealizado estudiado sin entrar en conflicto con las restricciones termodinámicas clásicas.
2️⃣ La segunda es que los agujeros negros que giran cerca de su límite máximo presentan configuraciones teóricas excepcionales en las que podrían satisfacerse simultáneamente determinadas condiciones de entropía y separación de los fragmentos.
3️⃣ La tercera es que existen modelos más allá de la relatividad general convencional —incluidos escenarios con dimensiones adicionales y modificaciones de la gravedad— en los que aparecen nuevas posibilidades de inestabilidad o fragmentación.
Ninguno de estos resultados constituye una observación de un agujero negro dividiéndose ni demuestra que esa ruptura ocurra espontáneamente en el universo real.
Precisamente ahí reside el interés científico del trabajo.
Durante décadas, el estudio de los agujeros negros ha permitido poner a prueba algunas de las predicciones más extraordinarias de la relatividad general. Las ondas gravitacionales demostraron que sus fusiones dejan señales medibles en el espacio-tiempo. Las imágenes obtenidas por el Telescopio del Horizonte de Sucesos han permitido estudiar las regiones próximas a sus horizontes.
La posibilidad de que uno de estos objetos pudiera dividirse constituye ahora otra pregunta con la que explorar los límites de nuestras teorías. Si algún día se descubriese una fragmentación auténtica, sería un hallazgo extraordinario. Dependiendo de sus características, podría revelar fenómenos gravitatorios que la teoría clásica de Einstein no permite explicar bajo sus condiciones habituales.
Por el momento, la respuesta científica sigue siendo prudente: no sabemos si un agujero negro puede dividirse realmente en dos, pero ahora conocemos mejor las condiciones extraordinarias que tendrían que darse para que eso fuese posible.▪️(26-octubre-2026)
¿Puede un agujero negro dividirse en dos? Seis preguntas y respuestas
¿Qué impide que un agujero negro se rompa? ¿Podría conseguirlo si gira lo suficientemente rápido? Respondemos a las principales preguntas que plantea una investigación sobre uno de los fenómenos más extraordinarios que podría esconder el universo.
1. ¿Puede un agujero negro dividirse en dos?
En condiciones normales, la relatividad general clásica impide que un agujero negro aislado se fragmente. Sin embargo, un estudio publicado en Physical Review D identifica escenarios teóricos excepcionales en los que la división podría ser admisible, especialmente cerca del límite máximo de rotación o bajo ciertas modificaciones de la gravedad. Todavía no se ha observado ningún caso.
2. ¿Qué impide que un agujero negro se rompa?
La principal barrera es la segunda ley de la termodinámica. Para un agujero negro convencional sin rotación, dividirse en dos objetos de menor masa reduciría la entropía total en el modelo considerado, algo incompatible con las restricciones clásicas del proceso. También existen obstáculos relacionados con la conservación de la energía y la estructura de los horizontes.
3. ¿Qué ocurre si un agujero negro gira a una velocidad extrema?
La rotación modifica la relación entre masa, superficie del horizonte y entropía. Los cálculos sugieren que un agujero negro cercano a su límite máximo de giro podría admitir configuraciones en las que dos fragmentos se separasen sin violar determinadas restricciones físicas. No se ha demostrado que ese proceso suceda realmente.
4. ¿Qué es la topología de pantalón de un agujero negro?
Es una representación matemática de un posible horizonte que evoluciona desde una única estructura hacia dos estructuras separadas. Al incorporar la dimensión temporal, la figura recuerda a unos pantalones con una parte superior común y dos perneras. La analogía no implica que se haya demostrado una bifurcación real del horizonte de sucesos.
5. ¿Se ha observado alguna vez la división de un agujero negro?
No. Hasta ahora se han detectado fusiones de agujeros negros mediante ondas gravitacionales, pero ninguna observación ha confirmado el proceso inverso. Los investigadores proponen explorar posibles señales de fragmentación mediante observaciones de rayos gamma y ondas gravitacionales.
6. ¿Podrían los agujeros negros primordiales dividirse más fácilmente?
Algunos modelos sugieren que los agujeros negros primordiales muy pequeños podrían presentar condiciones más favorables para determinados mecanismos de fragmentación. Sin embargo, estos objetos siguen siendo hipotéticos y todavía no se ha demostrado que existan ni que puedan dividirse.
Información facilitada por la University of Southern Denmark
Fuente: Giacomo Cacciapaglia, Manuel Del Piano, Francesco Sannino and Vania Vellucci. When black holes admit pair-of-pants topologies. Physical Review D (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/cx69-t466
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