一個迷你宇宙可能從垂死恆星內部誕生，抵銷恆星塌縮重力，最終創造出沒有奇點、沒有事件視界的假想天體「重力真空星」。但這種天體如何形成？近日物理學家首次給出數學解。
德國法蘭克福大學理論物理學家 Daniel Jampolski、Luciano Rezzolla 基於愛因斯坦廣義相對論方程式，解釋大質量恆星內部可能在塌縮過程形成微型宇宙，而非黑洞。
這種替代黑洞理論的假想天體稱為「重力真空星（gravastar）」，能避開黑洞令物理學家頭痛的奇點與事件視界問題。
主流理論指出，大質量恆星靠核心核融合反應維持向外輻射壓力、抵抗向內重力，一旦燃料耗盡，重力便佔上風，最終恆星被壓縮到極端狀態，向內塌縮至奇點（singularity）形成黑洞。
黑洞雖然是廣義相對論方程的解，但有 2 個根本性難題：奇點、事件視界。上兆太陽質量如何被壓縮至一個無限密度、無限曲率的點？由於事件視界內側一切都無法觀測或影響外界，物理定律在此又完全失效，科學家完全無法預測後續物理過程。
為了得到解釋，部分物理學家 提出其他可能性，比如是否存在不含奇點、沒有事件視界、但一樣極端緻密的天體。
黑洞的替代品
「重力真空星」概念便為此而生。它的外層由普通物質構成，內部由暗能量（dark energy） 填滿，後者提供向外負壓抵抗重力坍縮，因此重力真空星極度緻密、質量接近黑洞但不包含奇點，也沒有事件視界。
但一顆正常恆星如何變成重力真空星？德國法蘭克福大學理論物理學家 Daniel Jampolski、Luciano Rezzolla 現在提出第一個動態解，能用愛因斯坦廣義相對論方程描述「坍縮中的恆星如何演化成重力真空星而非黑洞」。
研究人員指出，關鍵在於恆星塌縮過程內部可能出現一個微型宇宙，暗能量會推動小宇宙膨脹，進而抵銷恆星向內的重力塌縮，最終，膨脹小宇宙與坍縮恆星物質取得平衡，創造出穩定重力真空星。
Daniel Jampolski 強調，迷你宇宙在恆星幾乎成為黑洞之際才出現，當下物質已被壓到極端狀態，可能觸發全新物理效應。
重力真空星並非否定黑洞存在，根據目前觀測，黑洞仍是重力塌縮最自然簡潔的終點，但重力真空星正擴展我們在廣義相對論與極端物理的想像空間。
新論文發表在《Physical Review D》期刊。
（首圖來源：AI 生成）
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