当巨星死亡时，它们不会只是逐渐消失。相反，它们会向内坍缩，留下一个压缩的恒星遗骸，通常是一个城市大小的、超高密度的中子球，恰当地称为中子星。然而，在极端情况下，大多数理论家认为，一颗垂死的巨星会形成一个黑洞——一个点状的“奇点”，具有实际上无限的密度和如此强大的引力场，以至于即使是宇宙中最快的东西——光，一旦落入也无法逃脱。现在，一项新的研究正在重新激活一个替代想法，即诸如“黑星”或“引力星”之类的物体可能存在于中子星和黑洞之间。如果这些奇异的恒星尸体是真实存在的，那么它们应该看起来几乎与黑洞相同，除了一个关键的区别——它们无法不可挽回地吞噬光。
有充分的理由去寻找这样的替代方案，因为黑洞引发了一系列理论问题。例如，它们的奇点据推测被称为事件视界的无形边界所隐藏。将某物扔进黑洞，一旦它穿过事件视界，它就应该永远消失，没有任何返回的希望。但是，如此深刻的湮灭与其他长期以来被珍视的物理定律相冲突，这些定律表明信息的破坏是不可能的，包括编码在任何落入黑洞的物体中的信息。
在过去的二十年中构思和发展，部分是为了避开这些难题，黑星和引力星的模型假设这些物体将缺乏奇点和事件视界。但是，关于这些物体是否真的能够形成——并在形成后保持稳定，问题一直存在。意大利国际高级研究学院的理论物理学家劳尔·卡瓦略-鲁比奥的新研究提供了一种新颖的机制，可能允许黑星和引力星存在。
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卡瓦略-鲁比奥研究了一种称为量子真空极化的奇怪现象。量子物理学是对所有已知的亚原子粒子如何行为的最佳描述，它表明现实是模糊的，限制了人们能够多精确地了解最基本的物质单元的属性——例如，人们永远无法绝对地同时知道一个粒子的位置和动量。这种不确定性的一个奇怪的后果是，真空永远不是完全空的，而是充满了所谓的虚粒子，这些粒子不断地波动并进出存在。
在巨星坍缩产生的那种巨大能量存在的情况下，之前的研究发现，这些虚粒子可以极化，或者根据它们的属性排列自身，就像磁铁被分为南北极一样。卡瓦略-鲁比奥计算出，这些粒子的极化可以在垂死的巨星的强大引力场内部产生令人惊讶的效果——一个排斥而不是吸引的场。
根据爱因斯坦的广义相对论，物质和能量会弯曲时空结构，从而产生引力场。行星和恒星平均具有正能量，由此产生的引力场本质上是吸引性的。然而，当虚粒子极化时，它们所占据的真空平均可能具有负能量，卡瓦略-鲁比奥说，“这以一种方式弯曲时空，使得相关的引力场是排斥性的”——当然，这可以阻止黑洞的形成。（类似的现象导致相对较轻的恒星遗骸形成中子星而不是黑洞；它们的引力场不足以将中子压碎成奇点。）
之前的两个模型表明，排斥引力可能阻止恒星遗骸坍缩形成黑洞。一个模型提出，恒星遗骸反而形成了引力星，即充满量子真空并覆盖着一层薄薄的物质壳的物体。另一个模型表明，这些坍缩的结果是黑星，卡瓦略-鲁比奥说，在黑星中，“物质和量子真空以精细的平衡贯穿整个结构”。这两个物体仍然具有强大的引力场，可以深刻地扭曲光线，因此它们看起来是黑暗的，就像黑洞一样。
卡瓦略-鲁比奥说，之前关于黑星和引力星的性质存在很大的不确定性。他的新工作通过创建一个数学框架来解决这个问题，该框架将排斥引力的影响纳入描述恒星膨胀和收缩的方程中，他指出，这个问题“以前被认为只有在计算机的帮助下才能解决”。他的新模型表明，黑星和引力星的混合体可能存在——一种物质和量子真空分布在整个结构中，但物质在外壳中的浓度高于核心的混合体。卡瓦略-鲁比奥在物理评论快报上详细介绍了他在 2 月 9 日发表的研究。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家埃米尔·莫托拉说：“这项工作很有趣且有价值，它表明爱因斯坦方程可能存在不是黑洞的新型解。”他没有参与这项研究。
然而，一些研究人员会声称卡瓦略-鲁比奥论证所依据的量子效应可以忽略不计。罗马萨皮恩扎大学的理论物理学家保罗·帕尼说，因此，它们可能太弱而无法支持黑星和引力星的存在，他没有参与这项工作。
此外，巴西ABC联邦大学的物理学家塞西莉亚·基伦蒂说，尽管卡瓦略-鲁比奥的工作论证了黑星和引力星在数学上是可能的，但这“并不意味着它们在自然界中存在”，她没有参与这项研究。例如，帕尼指出，恒星遗骸是否能自然演化形成这些结构仍然不清楚。此外，莫托拉说，“卡瓦略-鲁比奥没有解释为什么他的解决方案是稳定的，以及是什么阻止了它坍缩成黑洞。”
要 выяснить 黑星、引力星或黑洞是否真的存在，一种方法是分析科学家目前解释为黑洞合并所释放的引力波。当任何质量移动时，它都会产生以光速传播的引力波，并在沿途拉伸和挤压时空。
当黑洞彼此螺旋靠近时，它们应该各自发出引力波，但它们的事件视界应该吸收直接落在它们身上的引力波。然而，由于黑星和引力星缺乏事件视界，它们可以反射引力波，帕尼说，激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座（Virgo）天文台可以探测到这些“回波”。如果发现这些信号，它们可能会提供对广义相对论和量子物理学的见解，这可能有助于建立“量子引力”模型，将这两个长期以来截然不同的理论结合起来。