Galaxy-Garden
26-06-20 07:59 微博认证:上海天文台副台长、上海市天文学会理事长

科学家提出全新理论:恒星坍缩内部或将诞生全新微型宇宙

图: 内部膨胀的微型宇宙能够抵消恒星向内坍缩的物质,进而形成稳定的引力星。(图源:法兰克福歌德大学)

一项全新研究提出:大质量恒星走向死亡发生坍缩时,内部或许会诞生一个不断膨胀的微型宇宙,而非形成黑洞。这种特殊天体被命名为引力星,它不存在黑洞理论中难以自洽的奇点与事件视界。

大质量恒星依靠内核核聚变持续发光发热,核聚变产生的向外压力,能够平衡星体自身向内的引力。可当恒星内部核燃料彻底耗尽,支撑星体的向外压力便会消失。引力开始主导星体演化,驱使恒星向内急剧坍缩,最终物质被挤压至极致,形成物理学定义的奇点。

尽管黑洞是目前学界公认的恒星坍缩终局,但这套理论仍存在诸多深层矛盾:数十亿倍太阳质量的物质如何被压缩至一个无限小点?奇点处时空曲率趋于无穷大,现有物理定律在此完全失效,无法推演后续演化;同时黑洞的事件视界会隔绝内部一切信息,一旦物质、能量甚至光线跨越视界边界,人类便再也无法观测。

引力星:黑洞的替代性理论模型
为解决黑洞理论的各类疑难,不少学者提出,恒星坍缩的最终产物或许并非黑洞,引力星(全称引力真空星)就是其中极具代表性的假说。这类假想天体引力极强,观测难度极高。

引力星与黑洞存在本质区别:引力星外层由普通物质构成,星体内部充盈暗能量。暗能量会产生持续向外的膨胀压强,对抗向内的引力坍缩。因此引力星能够拥有和黑洞相近的质量与致密程度,却不会产生奇点,也不存在事件视界。

长久以来,引力星仅停留在理论猜想层面,始终有一个核心难题无法解答:引力星究竟要通过何种物理过程才能形成?

广义相对论方程解:恒星内部诞生微型宇宙
法兰克福歌德大学理论物理学家丹尼尔·扬波尔斯基与卢西亚诺·雷佐拉教授,推导出广义相对论方程组首个完整动态解析解,完整解释了坍缩恒星演变为引力星的全过程。

该模型表明:大质量恒星坍缩过程中,坍缩物质内部会孕育出一个微型宇宙,诞生过程和我们所处宇宙的大爆炸高度相似。如同暗能量驱动现有宇宙持续膨胀,微型宇宙的扩张动力同样来自暗能量。

微型宇宙不断向外膨胀,持续抵消恒星向内坍缩的引力;两股力量相互制衡,在黑洞形成前叫停坍缩进程。最终,膨胀的微型宇宙与向内坍缩的恒星物质达成力学平衡,稳定的引力星就此诞生。

该数学解首次回答了困扰学界25年的核心问题:普通恒星物质坍缩,如何演化出引力星。

极端物理领域开辟全新研究方向
扬波尔斯基在雷佐拉教授指导下完成硕士论文时推导出这套方程解,他解释:“恒星几乎坍缩至黑洞临界状态时,内部才会触发微型宇宙的‘大爆炸’。”

目前人类对物质极致压缩状态下的物理规律认知十分有限,这意味着极端环境下完全可能出现全新物理效应。扬波尔斯基表示:“我们更合理的推演是,微型宇宙大爆炸发生在坍缩晚期,此时物质已被压缩至极限,由此催生全新物理现象。”

歌德大学理论天体物理教授雷佐拉特别说明:研究引力星这一替代模型,并非否定黑洞理论。
“探索黑洞之外的可能性,不代表我们质疑黑洞。黑洞依旧是描述引力坍缩结局最简洁、最贴合自然规律的理论。但所有科研工作者,尤其是理论物理学家,应当客观、无偏见地看待未知领域,既要深入研究主流公认理论,也不能忽视小众、奇特的假说。科学史上,冷门假说最终成为主流理论的案例比比皆是。”

Reference: “Formation of gravastars” by Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla, 11 June 2026, Physical Review D.
DOI: 10.1103/c6lw-nx7k
From SciTechDaily newsletter.

发布于 上海