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科學家:一顆垂死恒星內部可能會形成微型宇宙,最后變為引力星

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在現代天體物理學中,黑洞幾乎是大質量恒星終局的標準答案:燃料耗盡的恒星內核失去壓力支撐,在引力作用下持續坍縮,最終縮成密度無窮大的奇點,外面包裹著連光都無法逃逸的事件視界。



但這套經典圖景始終帶著兩個難以消解的謎題:奇點處已知的物理定律會完全失效,而事件視界又會把所有內部信息徹底封存,帶來著名的信息悖論。

正因如此,理論物理學家一直沒有放棄尋找黑洞的替代方案。

而其中引力真空凝聚星(簡稱引力星)是最受關注的假想天體之一:它沒有奇點,也沒有事件視界,致密程度卻能和黑洞幾乎一模一樣,遠看幾乎無法區分。



它的結構并不復雜:核心是一片具有排斥引力的特殊真空,物態性質與驅動宇宙加速膨脹的暗能量類似,能產生向外的壓力對抗坍縮;外層包裹著一層極薄的普通物質殼,像腰帶一樣束縛住內部的膨脹趨勢,最終達成靜態平衡。

自這個概念被提出以來,引力星的靜態模型已經相當成熟,但始終有一個核心問題懸而未決:這樣奇特的天體,到底要怎么從普通恒星的坍縮中形成?

最近,德國法蘭克福大學理論物理研究所的丹尼爾·詹波爾斯基與盧西亞諾·雷佐拉給出了新的解答:他們首次在不引入任何修正引力假設的前提下,從經典的恒星坍縮模型出發,完整推導出了引力星的動態形成過程,整個推導完全建立在愛因斯坦廣義相對論的框架之內。

該研究于2026 年 6 月 11 日發表在《物理評論 D》上。



研究團隊從最經典的恒星坍縮模型出發:一顆均勻的、由無壓強塵埃構成的恒星,在自身引力下向內坍縮,這就是物理學史上著名的奧本海默-斯奈德坍縮,原本的結局是必然形成黑洞。

但研究人員在坍縮的塵埃球中心加入了一個特殊的區域:一片從極小尺度開始膨脹的德西特真空,也就是一片自帶排斥引力、會持續膨脹的時空,相當于在恒星內部孕育了一個微型的膨脹宇宙。

隨著坍縮進行,這片核心的真空區域不斷向外擴張,推著周圍的塵埃物質向外;與此同時,外層的塵埃還在持續向內坍縮。

奇妙的是,當膨脹的真空邊界接近史瓦西半徑時,在外部觀測者看來膨脹速度會自然放緩,最終真空邊界剛好停在史瓦西半徑處,而外層坍縮的物質薄殼停在史瓦西半徑之外極近的位置。



兩者達成力學平衡:內部真空的排斥力向外頂,外層物質的引力向內壓,再加上薄殼上的表面張力維持結構,一顆穩定的引力星就此形成。

當然,引力星只是坍縮的三種可能結局之一。

最終走向哪一種,完全取決于核心真空區域的能量密度和空間曲率這兩個參數。

如果真空的排斥力太弱,撐不住坍縮的引力,恒星最終還是會坍縮成黑洞;如果排斥力太強,真空會把物質外殼推到史瓦西半徑之外更遠的位置,最終可能形成密度更低的不穩定構型,也可能是一顆不那么致密的引力星;只有參數剛好落在兩類結局的分界線上時,才能剛好形成穩定的引力星。



研究還算出了一條明確的物理邊界:坍縮前的恒星有一個最大緊致度(也就是質量與半徑的比值,數值越大代表天體越致密),數值為3/8(0.375)。

如果恒星初始致密程度超過這個上限,那么無論核心真空怎么膨脹,都趕不上坍縮的速度,最終必然形成黑洞。

這個臨界值比廣義相對論中已知的致密天體極限——布赫達爾極限(4/9≈0.444)略低,相當于給引力星的誕生劃了一條明確的及格線。

需要明確的是,引力星的形成需要極高的初始條件精細調諧,參數必須精準落在分界線上才能成功。

但這并不意味著只有唯一一種形成方式:滿足條件的參數組合有無窮多組,不同的參數會對應完全不同的膨脹節奏。

有的真空區域從坍縮一開始就緩慢勻速膨脹;有的則會一直“蟄伏”到坍縮末期,才突然快速膨脹,在最后關頭攔住坍縮的物質。



后一種場景尤其有吸引力:恒星坍縮的前半段和普通過程毫無區別,直到即將形成黑洞的瞬間,量子漲落、共形反常等效應觸發了德西特真空的出現,瞬間扭轉結局。

這套模型目前還只是理論推導。

它采用了理想的球對稱塵埃假設,而真實的恒星有復雜的內部物態、自轉和磁場,偏離球對稱還可能引發薄殼的結構不穩定。

但這項研究最關鍵的價值在于:它第一次證明了,只靠經典廣義相對論,不需要額外的修正引力假設,引力星就可以從普通的引力坍縮中自然形成。

研究團隊也強調,探索引力星并不是要否定黑洞的存在——黑洞依然是引力坍縮最簡潔、觀測證據最充分的解釋。



但作為理論物理學家,必須對所有可能性保持開放。

歷史上很多曾經被視為離奇的理論,最終都變成了被證實的科學事實。

未來隨著引力波觀測精度的提升,以及事件視界望遠鏡拍到更清晰的致密天體陰影,我們或許真的能找到線索,區分出宇宙里的這些黑洞模仿者,并最終回答:大質量恒星的終點,到底是唯一的黑洞,還是有著更多元的結局。

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