Was ist das für ein Ring, der erst jetzt in Schwarzlochabbildungen erscheint?

Wenn Sie bemerken, beginnt sich die Raumzeit in der Nähe des Schwarzen Lochs zu verformen, aber in beträchtlichem Abstand von der Oberfläche des Schwarzen Lochs werden die Bilder im Hintergrund extrem verzerrt. Wenn Sie jedoch noch näher an das Schwarze Loch heranschauen, wird das Bild Die Verzerrung sieht wieder normal aus, fast so, als ob nichts passiert, außer einem geringfügigen Fischaugen-Linseneffekt.

Wenn sich die Raumzeit monoton verzerrt, wenn Sie sich der Oberfläche eines Schwarzen Lochs nähern, wie existiert dieser Ring der Ultra-Verzerrung? Warum sieht das Bild an der Oberfläche nicht noch verzerrter aus als an diesem Ring?

Dies ist darauf zurückzuführen, dass Photonen tatsächlich mehrmals im Kreis um das Schwarze Loch laufen.

Weit weg vom BH ist das Bild nur leicht verzerrt. Dies sind Photonen, die nur wenig abweichen.

Wenn Sie näher kommen, sehen Sie Photonen, die immer mehr abweichen. Irgendwann werden Sie Photonen sehen, die von hinten kamen, um das BH herumgingen und Ihr Auge trafen. In der Nähe des BH sehen Sie schließlich Photonen, die sich um 360 Grad gedreht haben. Das BH wirkt wie eine Fischaugen-Kamera.

Wenn Sie näher und näher an die Scheibe schauen, erhalten Sie Photonen, die 1,5 Umdrehungen, 2 Umdrehungen, 3 Umdrehungen usw. machten.

Was Sie sehen, sind konzentrische Ringbilder, von denen jedes das vollständige Bild von allem rund um das BH enthält, aber in einem Ring komprimiert ist. Es gibt im Wesentlichen unendlich viele konzentrische Bilder, aber Sie sehen nur die ersten deutlich.

https://imgur.com/VZnkFxP

Es ist zu beachten, dass die schwarze Scheibe in der Mitte nicht der Ereignishorizont ist. Es ist einfach eine Region im Weltraum, in der kein Licht kommt, das Ihr Auge erreichen könnte. Der tatsächliche Ereignishorizont ist ca. 2x kleiner. Man könnte es sich als das Bild des Ereignishorizonts vorstellen, das durch die Raumzeitverzerrung "vergrößert" wird, aber die Analogie ist nicht perfekt.

Ein Schwarzes Loch ist in vielerlei Hinsicht wie eine sehr seltsame "Linse".

Ich weiß, dass Sie bereits eine Antwort akzeptiert haben, aber ich möchte eine technischere Antwort geben, die sich mehr mit der Physik befasst. Wenn Sie wirklich neugierig sind, mehr zu lesen, und eine Neigung zur Mathematik haben, empfehlen wir Ihnen einen Blick auf die unvergleichlichen Vorlesungen über Gravitationslinsen von Narayan und Bartelmann . Dies wird die Grundlage für einen Großteil meiner Antwort sein und ist in der Tat die Grundlage für viele spätere Abhandlungen über Gravitationslinsen.

Zunächst möchte ich sagen, dass Florins Beschreibung von Photonen, die das Schwarze Loch umkreisen und mehrere Ringe erzeugen, eine korrekte Idee ist und tatsächlich vorkommt, aber ich glaube nicht, dass dies für Ihre Frage relevant ist, da diese Ringe im Bild nicht sichtbar sind du hast geposted.

Stattdessen sehen Sie einen Effekt bei der Gravitationslinse, bei dem Bilder von Objekten verzerrt, vergrößert und dupliziert werden. Vereinfacht ausgedrückt tritt in der Nähe des Schwarzen Lochs die lokale Raum-Zeit-Metrik aufgrund der massiven Singularität des Schwarzen Lochs auf (mit anderen Worten, das Schwarze Loch übt die Schwerkraft aus). Diese Verzerrung der Raumzeit bewirkt, dass der Lichtweg, der sich sonst entlang einer geraden Linie bewegen würde, gebogen wird. Mit einigen Grundannahmen ist es möglich, genau zu berechnen, wie das Bild einer Hintergrundlichtquelle verzerrt ist.

Der Haupt- und gut definierte Ring, den Sie sehen, ist als Einsteinring bekannt . Sie können diesen Ring im (simulierten) Bild unten sehr gut sehen.

Im einfachen Fall eines einzelnen, nicht rotierenden Schwarzen Lochs ist die Physik einfach genug, um die Berechnungen tatsächlich direkt durchzuführen (allerdings mit einigen vereinfachenden Annahmen, z. B. der Näherung dünner Linsen ). Wie in den oben verlinkten Vorlesungen beschrieben:

Jede Quelle wird zweimal von einer Punktmassenlinse abgebildet. Die beiden Bilder befinden sich auf beiden Seiten der Quelle, wobei sich ein Bild innerhalb des Einsteinrings und das andere außerhalb befindet. Wenn sich die Quelle von der Linse entfernt, nähert sich eines der Bilder der Linse und wird sehr schwach, während sich das andere Bild immer näher an die wahre Position der Quelle nähert und zu einer Vergrößerung der Einheit tendiert.

So können Sie sehen, dass Sie doppelte Bilder von jedem Hintergrundobjekt erhalten, die im obigen Bild deutlich zu sehen sind. Gegen 7 Uhr im Bild sehen Sie zwei Sterne (einen rötlichen, einen bläulichen) außerhalb des Einsteinrings und ein zweites Bild gegen 1 Uhr innerhalb des Einsteinrings. Der Einsteinring selbst ist ein Sonderfall, bei dem sich die Objekte genau auf dem Ring direkt hinter dem Schwarzen Loch befinden (aus Sicht des Betrachters). In diesem speziellen Fall erhalten Sie nicht mehr zwei Bilder, sondern einen Lichtring. Wenn sich Objekte diesem Ring nähern (mit anderen Worten, wenn sie sich direkt hinter dem Schwarzen Loch befinden),

Deshalb sehen Sie die von Ihnen beschriebene Verzerrung. Wenn sich ein Objekt hinter dem Schwarzen Loch Ihrer Sichtlinie nähert, erscheint es als zwei Bilder, eines weit außerhalb des Einsteinrings und eines (sehr kleinen) Bildes nahe dem Ereignishorizont. Wenn sich das Objekt Ihrer Standortlinie nähert, nähern sich die Bilder von beiden Seiten dem Einstein-Ring, wo es heller und verzerrter wird.

Die von Florin erwähnte Idee, dass Photonen kreisen, ist wahr, und tatsächlich sehen Sie tatsächlich mehrere Einsteinringe, aber die anderen Ringe befinden sich sehr nahe am Schwarzen Loch und im Allgemeinen würden Sie sie nicht beobachten. Sie können diese anderen Einsteinringe als leichtes Leuchten um das Schwarze Loch im Bild oben sehen.