Un agujero negro de 40 toneladas podría crecer dentro de una estrella gracias a la materia oscura
Un agujero negro con la masa de una ballena jorobada debería evaporarse en apenas milisegundos. Pero, oculto en el corazón de una estrella y alimentado por materia oscura, podría sobrevivir, crecer y acabar devorándola desde dentro, afirma un nuevo modelo teórico.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística de un agujero negro microscópico creciendo en el corazón de una enana blanca alimentado por materia oscura. Crédito: IA-DALL-E / RexMolón Producciones
Un agujero negro con la masa de un camión de gran tonelaje
Cuando se piensa en un agujero negro, la imaginación suele dirigirse hacia objetos con varias veces la masa del Sol o hacia los monstruos supermasivos que ocupan el centro de las galaxias. Pero las ecuaciones de Einstein permiten, al menos en principio, la existencia de agujeros negros mucho más ligeros.
Algunos podrían ser tan pequeños que su horizonte de sucesos resultaría millones de veces menor que un protón. El problema es que cuanto menor es un agujero negro, más intensa debería ser su radiación de Hawking —la emisión de partículas que, según la física cuántica, producen los agujeros negros y hacen que estos terminen desapareciend— y más deprisa perdería masa hasta evaporarse.
Recordemos que el horizonte de sucesos es la superficie o el límite exterior invisible de un agujero negro. Hablamos de la frontera del punto de no retorno: cualquier cosa que cruce ese límite —ya sea materia, luz o información— queda atrapada para siempre por la gravedad del agujero negro, ya que tendría que viajar más rápido que la velocidad de la luz para poder escapar.
El astrofísico y cosmólogo Stephen Hawking calculó que un agujero negro aislado de 40.000 kilos tendría una vida fugaz, del orden de milisegundos. Ahora bien, en el corazón de una estrella compacta —el remanente extremadamente denso que queda tras la muerte de un sol— las reglas pueden cambiar. Allí, el agujero negro estaría rodeado por una reserva colosal de materia ordinaria o bariónica y, en determinados escenarios, recibiría además un goteo persistente de partículas de materia oscura. Ese segundo aporte podría compensar la evaporación y mantenerlo con vida el tiempo suficiente para comenzar a devorar la estrella desde dentro.
Qué son los agujeros negros endoparásitos
Esta es la posibilidad que plantean H. A. Adarsha y Chandrachur Chakraborty, de la Academia de Educación Superior de Manipal, y Sudip Bhattacharyya, del Instituto Tata de Investigación Fundamental, ambos en India.
El trabajo, que acaba de ser publicado en la revista Physical Review D, presenta una fórmula para calcular cuánto tardaría la materia oscura en formar uno de estos agujeros negros y cuánto tiempo necesitaría después para destruir su estrella anfitriona.
Los investigadores los denominan agujeros negros endoparásitos porque nacen, se alimentan y crecen dentro de otro cuerpo astronómico. No han sido observados y su existencia depende de que la materia oscura posea unas propiedades muy concretas. Pero el nuevo estudio muestra que las estrellas de neutrones y las enanas blancas podrían convertirse en detectores naturales de partículas que hasta ahora han escapado a los experimentos terrestres.
Ambas son cadáveres de estrellas, pero muy diferentes. Una enana blanca es el núcleo caliente y extremadamente denso que queda cuando una estrella semejante al Sol agota su combustible: puede concentrar una masa comparable a la solar en un volumen parecido al de la Tierra. Por su parte, una estrella de neutrones nace tras la explosión de una estrella mucho más masiva y comprime más masa que el Sol en una esfera de apenas unos 20 kilómetros de diámetro.
➡️ «Nuestro resultado más llamativo es que un agujero negro endoparásito con una masa inicial de unas cuarenta toneladas podría mantener un crecimiento sostenido y terminar transmutando su estrella anfitriona», resumen los investigadores.
Dicho tonelaje representa el umbral mínimo calculado en uno de los escenarios considerados. No significa que todos los agujeros negros internos puedan ser tan ligeros ni que ya se haya observado alguno con esa masa.
Los tres posibles destinos de un agujero negro endoparásito en el interior de una estrella compacta. Si la acreción de materia estelar y materia oscura supera la radiación de Hawking, el agujero negro crece (izquierda); si ambas se equilibran, mantiene casi constante su masa (centro); y si domina la evaporación, acaba desapareciendo (derecha). En el escenario más extremo estudiado, la masa crítica que separa el crecimiento de la evaporación puede rondar las 40 toneladas. Crédito: H. A. Adarsha.
Cómo podría formarse un agujero negro dentro de una estrella
1️⃣ La estrella captura materia oscura
El proceso comenzaría cuando una partícula de materia oscura atravesase una estrella compacta. Normalmente seguiría de largo, porque esta sustancia apenas interacciona con la materia ordinaria. Pero si chocara con un neutrón o con un núcleo atómico, podría perder parte de su velocidad y quedar atrapada por la gravedad de la estrella.
Las partículas más pesadas necesitarían varios choques sucesivos para frenar lo suficiente. El estudio analiza masas comprendidas aproximadamente entre 10⁶ y 10ⁱ⁴ gigaelectronvoltios, muy por encima de las consideradas en muchas búsquedas convencionales de materia oscura.
Durante millones o miles de millones de años, las partículas capturadas se concentrarían en la región central de la estrella. Allí perderían energía, alcanzarían el equilibrio térmico con la materia estelar y formarían una nube cada vez más densa.
2️⃣ La nube oscura colapsa
Cuando la cantidad acumulada superase un límite crítico, la nube de materia oscura podría volverse autogravitante: su propia gravedad dominaría sobre la de la materia ordinaria que ocupa la misma región.
Si además se superase el correspondiente límite de estabilidad, la nube colapsaría hasta originar un agujero negro microscópico. La masa inicial dependería de la naturaleza de las partículas oscuras, de su masa individual, de la temperatura y densidad del núcleo estelar y de la rapidez con la que fueran capturadas.
El mecanismo necesita materia oscura asimétrica. Este concepto describe una forma hipotética de materia oscura en la que existe un exceso de partículas frente a antipartículas. Al no encontrar compañeras con las que aniquilarse, las partículas capturadas podrían acumularse durante toda la vida de la estrella.
➡️ «La posibilidad que estudiamos exige partículas de materia oscura ultrapesadas, con interacciones débiles con los bariones y con interacciones propias todavía más débiles», explican los autores en el trabajo.
Sus cálculos abarcan masas comprendidas aproximadamente entre un millón y cien billones de gigaelectronvoltios, muy por encima de las exploradas en la mayoría de las búsquedas convencionales de materia oscura.
3️⃣ La batalla entre acreción y evaporación
Una vez formado el agujero negro, su evolución estaría gobernada por tres procesos:
✅ La radiación de Hawking, que le haría perder masa.
✅ La acreción de materia estelar, que aumentaría su masa.
✅ La captura continuada de materia oscura, que proporcionaría una fuente adicional de alimento.
El destino del objeto dependería del equilibrio entre esas tres contribuciones. Si la evaporación dominara, el agujero negro desaparecería. Si la acreción superara las pérdidas, empezaría a crecer.
En los modelos tradicionales, la caída de materia estelar se describe mediante la conocida como acreción de Bondi, que trata el material como un fluido. Esa aproximación deja de ser válida alrededor de un agujero negro extremadamente pequeño, cuyo horizonte puede ser menor que la longitud de onda cuántica de las partículas que intenta absorber.
Por ello, los investigadores han incorporado una fase inicial de absorción cuántica, basada en los cálculos desarrollados por el físico canadiense William Unruh. A medida que el agujero negro aumentara de tamaño, pasaría después al régimen de acreción fluida de Bondi.
Recreación artística de una enana blanca perdiendo materia mientras orbita el agujero negro supermasivo de la galaxia 1ES 1927+654. A diferencia del escenario planteado en el reportaje —un agujero negro microscópico que crecería dentro de una estrella—, aquí el astro es destruido desde el exterior y su materia alimenta el disco de acreción. Cortesía: NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet.
Por qué son importantes las 40 toneladas
Si solo se consideran la absorción de materia estelar y la evaporación de Hawking, el agujero negro necesitaría una masa inicial de entre decenas y centenares de miles de millones de kilos para crecer, dependiendo del tipo de estrella.
La gran novedad del trabajo de Adarsha, Chakraborty y Bhattacharyya aparece al incluir el suministro continuado de materia oscura. Si se consideran solo la acreción de materia estelar y la evaporación, el agujero negro necesitaría una masa inicial de entre 10.000 millones y 100.000 millones de kilos para crecer. Con suficiente materia oscura disponible, el umbral puede descender varios órdenes de magnitud.
En el caso más extremo analizado, una enana blanca situada en el bulbo galáctico —una región para la que el modelo adopta una densidad de materia oscura muy elevada— podría alojar un agujero negro de apenas 40.000 kilos capaz de evitar la evaporación. El objeto habría nacido del colapso de partículas oscuras con masas próximas a los 10¹⁴ gigaelectronvoltios.
Se trataría de partículas ultrapesadas, pero todavía microscópicas: el término ultrapesado se refiere aquí a su enorme masa en comparación con otras partículas elementales.
El valor de 40 toneladas no es universal. En una enana blanca situada en un cúmulo globular, por ejemplo, el umbral calculado asciende a unas 300.000 toneladas. En el disco de la Vía Láctea, donde la densidad de materia oscura es mucho menor, serían necesarios alrededor de 10 millones de toneladas.
Cómo acabaría devorando la estrella
Al principio, el crecimiento podría ser desesperadamente lento. Pero la acreción, esto es, el proceso por el que un agujero negro atrae y absorbe la materia de su entorno, aumentando progresivamente su masa, se aceleraría conforme el agujero negro ganara masa. Así, cuanto mayor fuera, más materia podría captar.
El proceso terminaría transformando la estrella de neutrones o la enana blanca en un agujero negro de masa estelar. Los autores denominan transmutación a esta conversión completa del objeto.
El tiempo total incluiría dos etapas. Primero, la estrella tendría que engullir suficiente materia oscura para producir el colapso. Después, el agujero negro interno necesitaría crecer hasta consumirla. Una de las aportaciones del nuevo estudio consiste precisamente en calcular conjuntamente ambos intervalos.
En determinadas combinaciones de densidad ambiental y capacidad de interacción de la materia oscura, el proceso podría completarse en miles o millones de años. En otras, necesitaría más tiempo que la edad del universo o nunca llegaría a producirse.
Las estrellas antiguas ponen límites a la materia oscura
Los púlsares de milisegundo son estrellas de neutrones que giran cientos de veces por segundo. Muchos tienen edades superiores a 1.000 millones de años. Las enanas blancas más antiguas pueden superar los 10.000 millones.
Su supervivencia funciona como una prueba indirecta. Si un determinado tipo de materia oscura produjera agujeros negros internos capaces de destruir esas estrellas con rapidez, resultaría difícil explicar que todavía podamos observarlas.
➡️ «La existencia de púlsares de milisegundo y enanas blancas antiguos exige que el tiempo de transmutación sea superior a sus edades observadas», explican los investigadores.
Este razonamiento permite delimitar la relación entre dos propiedades fundamentales: la masa de la partícula de materia oscura y su sección eficaz de dispersión, es decir, la probabilidad de que choque con los neutrones o núcleos de una estrella.
Stephen Hawking, durante una conferencia celebrada en 2008 con motivo del 50.º aniversario de la NASA. La radiación que lleva su nombre haría que un agujero negro de 40 toneladas se evaporase casi instantáneamente, salvo que la acreción de materia estelar y el aporte continuo de materia oscura compensaran esa pérdida de masa. Crédito: NASA/Paul Alers.
Otros estudios recientes relacionados
Una investigación publicada en 2025 por Sandra Robles, Drona Vatsyayan y Giorgio Busoni recalculó la formación de agujeros negros por materia oscura fermiónica en estrellas de neutrones. Al mejorar el tratamiento de la captura, la termalización —proceso por el que unas partículas intercambian energía con su entorno hasta alcanzar la misma temperatura—, el colapso, la acreción y la evaporación, concluyó que algunas restricciones anteriores podían relajarse varios órdenes de magnitud.
Otro trabajo publicado en enero de este año en Physical Review D por físicos del Niels Bohr Institute (Dinamarca) mostró que las estrellas de neutrones pertenecientes a sistemas binarios podrían capturar entre cuatro y cinco veces más materia oscura que una estrella aislada bajo determinadas condiciones. Los autores utilizaron esa amplificación para establecer límites a partir de GW170817, la primera fusión de estrellas de neutrones observada mediante ondas gravitacionales y radiación electromagnética
También existe un posible desenlace opuesto. Si la radiación de Hawking se impusiera, podrían producirse ciclos sucesivos de formación y evaporación de agujeros negros microscópicos. El trabajo, desarrollado por el físico Ioannis Dalianis, de la Universidad de Chipre, propone que esos episodios generarían neutrinos de muy alta energía, especialmente abundantes hacia el centro galáctico, aunque la señal estimada para los modelos de referencia sería débil.
Las principales limitaciones del modelo
1️⃣ La densidad de materia oscura es incierta. El umbral de 40 toneladas se obtiene para una enana blanca situada en una región con una concentración muy alta de materia oscura. La distribución exacta de esta sustancia en el bulbo de la Vía Láctea y en los cúmulos globulares continúa siendo objeto de debate.
Una densidad menor reduciría el suministro disponible y elevaría la masa mínima que necesitaría el agujero negro para sobrevivir.
2️⃣ Los campos magnéticos pueden detener el crecimiento. Los mismos investigadores demostraron en otro estudio que un campo magnético suficientemente intenso puede frenar la acreción. La presión magnética podría equilibrar la caída de materia y dejar el agujero negro prácticamente estancado.
La rotación rápida también podría ralentizar el proceso. Por eso el nuevo modelo resulta más aplicable a enanas blancas poco magnetizadas y de rotación lenta.
3️⃣ Depende de una materia oscura aún hipotética. El escenario necesita materia oscura ultrapesada, no aniquilante y con interacciones propias muy débiles. Ninguna de estas propiedades ha sido confirmada experimentalmente. El estudio demuestra que el mecanismo es matemáticamente posible dentro de esos supuestos, pero no prueba que se produzca en la naturaleza.▪️(7-septiembre-2026)
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Un agujero negro con la masa de un camión: el modelo calcula que uno de estos objetos podría sobrevivir dentro de una enana blanca con una masa inicial de apenas 40 toneladas.
- La materia oscura sería su salvavidas: un suministro continuado de partículas oscuras podría compensar la pérdida de masa causada por la radiación de Hawking.
- Nacería en el centro de la estrella: la materia oscura capturada se acumularía, alcanzaría el equilibrio térmico y acabaría colapsando hasta formar un agujero negro endoparásito.
- Podría devorar la estrella desde dentro: si la acreción supera a la evaporación, el agujero negro crecería progresivamente hasta transformar la enana blanca o la estrella de neutrones en otro agujero negro.
- Las estrellas antiguas permiten poner a prueba la hipótesis: la supervivencia de púlsares de milisegundo y enanas blancas con miles de millones de años impone límites a la masa y capacidad de interacción de la materia oscura.
- No es una detección: las 40 toneladas representan un umbral obtenido mediante un modelo teórico y bajo condiciones extremas, como una elevada densidad de materia oscura alrededor de la estrella.
- El resultado depende de varios supuestos: los campos magnéticos intensos, la rotación rápida o una menor concentración de materia oscura podrían frenar o impedir el crecimiento del agujero negro.
Fuente: Adarsha, H. A. and Chakraborty, Chandrachur and Bhattacharyya. Sudip.T ransmutation timescales for the dark matter induced collapse of compact stars into black holes. Physical Review D (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/zb1m-762n
