當巨星死亡時，它們不會只是逐漸消失。相反，它們會向內坍縮，留下一個壓縮的恆星遺骸，通常是一個城市大小的、超高密度的中子球，恰當地稱為中子星。然而，在極端情況下，大多數理論家認為，一顆垂死的巨星會形成一個黑洞——一個點狀的“奇點”，具有實際上無限的密度和如此強大的引力場，以至於即使是宇宙中最快的東西——光，一旦落入也無法逃脫。現在，一項新的研究正在重新啟用一個替代想法，即諸如“黑星”或“引力星”之類的物體可能存在於中子星和黑洞之間。如果這些奇異的恆星屍體是真實存在的，那麼它們應該看起來幾乎與黑洞相同，除了一個關鍵的區別——它們無法不可挽回地吞噬光。
有充分的理由去尋找這樣的替代方案，因為黑洞引發了一系列理論問題。例如，它們的奇點據推測被稱為事件視界的無形邊界所隱藏。將某物扔進黑洞，一旦它穿過事件視界，它就應該永遠消失，沒有任何返回的希望。但是，如此深刻的湮滅與其他長期以來被珍視的物理定律相沖突，這些定律表明資訊的破壞是不可能的，包括編碼在任何落入黑洞的物體中的資訊。
在過去的二十年中構思和發展，部分是為了避開這些難題，黑星和引力星的模型假設這些物體將缺乏奇點和事件視界。但是，關於這些物體是否真的能夠形成——並在形成後保持穩定，問題一直存在。義大利國際高階研究學院的理論物理學家勞爾·卡瓦略-魯比奧的新研究提供了一種新穎的機制，可能允許黑星和引力星存在。
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卡瓦略-魯比奧研究了一種稱為量子真空極化的奇怪現象。量子物理學是對所有已知的亞原子粒子如何行為的最佳描述，它表明現實是模糊的，限制了人們能夠多精確地瞭解最基本的物質單元的屬性——例如，人們永遠無法絕對地同時知道一個粒子的位置和動量。這種不確定性的一個奇怪的後果是，真空永遠不是完全空的，而是充滿了所謂的虛粒子，這些粒子不斷地波動並進出存在。
在巨星坍縮產生的那種巨大能量存在的情況下，之前的研究發現，這些虛粒子可以極化，或者根據它們的屬性排列自身，就像磁鐵被分為南北極一樣。卡瓦略-魯比奧計算出，這些粒子的極化可以在垂死的巨星的強大引力場內部產生令人驚訝的效果——一個排斥而不是吸引的場。
根據愛因斯坦的廣義相對論，物質和能量會彎曲時空結構，從而產生引力場。行星和恆星平均具有正能量，由此產生的引力場本質上是吸引性的。然而，當虛粒子極化時，它們所佔據的真空平均可能具有負能量，卡瓦略-魯比奧說，“這以一種方式彎曲時空，使得相關的引力場是排斥性的”——當然，這可以阻止黑洞的形成。（類似的現象導致相對較輕的恆星遺骸形成中子星而不是黑洞；它們的引力場不足以將中子壓碎成奇點。）
之前的兩個模型表明，排斥引力可能阻止恆星遺骸坍縮形成黑洞。一個模型提出，恆星遺骸反而形成了引力星，即充滿量子真空並覆蓋著一層薄薄的物質殼的物體。另一個模型表明，這些坍縮的結果是黑星，卡瓦略-魯比奧說，在黑星中，“物質和量子真空以精細的平衡貫穿整個結構”。這兩個物體仍然具有強大的引力場，可以深刻地扭曲光線，因此它們看起來是黑暗的，就像黑洞一樣。
卡瓦略-魯比奧說，之前關於黑星和引力星的性質存在很大的不確定性。他的新工作透過建立一個數學框架來解決這個問題，該框架將排斥引力的影響納入描述恆星膨脹和收縮的方程中，他指出，這個問題“以前被認為只有在計算機的幫助下才能解決”。他的新模型表明，黑星和引力星的混合體可能存在——一種物質和量子真空分佈在整個結構中，但物質在外殼中的濃度高於核心的混合體。卡瓦略-魯比奧在物理評論快報上詳細介紹了他在 2 月 9 日發表的研究。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家埃米爾·莫托拉說：“這項工作很有趣且有價值，它表明愛因斯坦方程可能存在不是黑洞的新型解。”他沒有參與這項研究。
然而，一些研究人員會聲稱卡瓦略-魯比奧論證所依據的量子效應可以忽略不計。羅馬薩皮恩扎大學的理論物理學家保羅·帕尼說，因此，它們可能太弱而無法支援黑星和引力星的存在，他沒有參與這項工作。
此外，巴西ABC聯邦大學的物理學家塞西莉亞·基倫蒂說，儘管卡瓦略-魯比奧的工作論證了黑星和引力星在數學上是可能的，但這“並不意味著它們在自然界中存在”，她沒有參與這項研究。例如，帕尼指出，恆星遺骸是否能自然演化形成這些結構仍然不清楚。此外，莫托拉說，“卡瓦略-魯比奧沒有解釋為什麼他的解決方案是穩定的，以及是什麼阻止了它坍縮成黑洞。”
要 выяснить 黑星、引力星或黑洞是否真的存在，一種方法是分析科學家目前解釋為黑洞合併所釋放的引力波。當任何質量移動時，它都會產生以光速傳播的引力波，並在沿途拉伸和擠壓時空。
當黑洞彼此螺旋靠近時，它們應該各自發出引力波，但它們的事件視界應該吸收直接落在它們身上的引力波。然而，由於黑星和引力星缺乏事件視界，它們可以反射引力波，帕尼說，雷射干涉引力波天文臺（LIGO）和室女座（Virgo）天文臺可以探測到這些“回波”。如果發現這些訊號，它們可能會提供對廣義相對論和量子物理學的見解，這可能有助於建立“量子引力”模型，將這兩個長期以來截然不同的理論結合起來。