Чому на цій фотографії чорної діри є нерівні світлі області?

На нещодавно опублікованій фотографії чорної діри, показаній вище, створеній за допомогою даних EHT, чому нижня область яскравіша, ніж вище? Це через обертання накопичувального диска? Також яка орієнтація накопичувального диска? Ми дивимось на це головою?

Ні, ви не бачите форми накопичувального диска. Незважаючи на те, що його площина майже дорівнює зображенню, вона набагато більша і слабша, ніж видно кільце. Причина такої асиметрії майже повністю пов’язана з доплерівським випромінюванням та посиленням випромінювання, що виникає в речовині, що рухається із відносними швидкостями, дуже близькими до чорної діри. Це в свою чергу майже повністю контролюється орієнтацією віджиму чорної діри . Чорна діра змітає матеріальні та магнітні поля майже незалежно від орієнтації будь-якого накопичувального диска.

На малюнках нижче з паперу телескопа п’ятого горизонту подій з’ясовуються речі.

Чорна стрілка вказує напрямок обертання чорної діри. Синя стрілка вказує на початкове обертання потоку нарощення. Струм M87 більш-менш Схід-Захід (проектується на сторінку), але права сторона спрямована на Землю. Передбачається, що спіновий вектор чорної діри вирівняний (або протирівняний) з цим.

Дві сюжети з лівої руки відповідають з зауваженнями. Їх спільне - це те, що чорний отвір чорного отвору здебільшого потрапляє на сторінку (протизрівняний зі струменем). Газ змушений обертатися таким же чином і призводить до прогнозованого релятивістського руху у напрямку до нас на південь від чорної діри та подалі від нас на північ від чорної діри. Допплерівське прискорення і проміння робить все інше.

Як йдеться у статті:

розташування пікового потоку в кільці регулюється віджимом чорної діри: воно завжди лежить приблизно на 90 градусів проти годинникової стрілки від проекції вектора спіна на небо.

Існує деяка нещодавня інформація, яка варта оновлення відповіді (незважаючи на труднощі набору MathJax на моєму телефоні). Я цитую мінімально, як би я не покращив те, що опублікували ці вчені. Попередні зміни залишаються під цим додатком.

У статті " Вимірювання віджиму чорної діри M87 від спостережуваного скрученого світла " (16 квітня 2019) Фабріціо Тамбуріні, Бо Тіде та Массімо Делла Валле вони пояснюють на сторінці 2:

... Методи візуалізації, застосовані до цього набору даних, виявляють наявність асиметричного кільця з обертанням за годинниковою стрілкою та «півмісяць» геометричної структури, що демонструє чітке зменшення центральної яскравості. Це вказує на джерело, де переважають осередкові викиди навколо тіні чорної діри.

З аналізу двох наборів даних ми отримуємо параметри асиметрії = 1,417 для епохи 1 і = 1,336 для епохи 2. Вони дають усереднену асиметрію в спіральному спектрі = 1.393 ± 0.024 відповідно до цього наших чисельних моделювань, = 1.375, частково непослідовного світла, випромінюваного кільцем Ейнштейна чорної діри Керра з0,9 ± 0,1 , що відповідає енергії обертання зерг , яка порівнянна з енергією, випромінюваною найяскравішими квазарами (~ 500 трлн$q_1$$q_2$$\bar{q}$$q_{num}$$\boldsymbol{a} \textbf{~}\!$ $^{[10]}$$\textbf{10}{^\textbf{64}}\!$ $\odot$) протягом часового масштабу Gyr (мільярд року) та нахилу = 17 ° між струменем, що наближається, та лінією зору, з кутовим моментом потоку нарощування та чорної діри, що протиставляється, показуючи обертання за годинниковою стрілкою, як описано в Посилання . 5.$i$

Цей результат добре узгоджується з результатами аналізу зображень амплітуди та фази графіків фідуціального трубопроводу за 11 квітня 2017 року DIFMAP з = 1.401, EHT = 1.361 та SMILI, = 1.319, даючи на цей день усереднене значення = 1.360, яке відхиляється на 0,09 від значення епохи 2, оцінене за TIE, і > 0 підтверджують обертання за годинниковою стрілкою. Спіральні спектри представлені на рис. 2.$q$$q$$q$$^{[6]}$$\bar{q}$$q$

Потім визначають параметр обертання , порівнюючи отримані за допомогою лінійної інтерполяції з параметром асиметрії різних моделей, як повідомляється в числовому прикладі таблиці 1 для різних значень параметрів нахилу та обертання та . Результати зображені на фіг. 1.$a$$q$$i$$q$

[1]Фабріціо Тамбуріні, Бо Тіде, Габріель Моліна-Терріза та Габриеле Анзолін, «Скручування світла навколо обертових чорних дір», Природа Фіз. 7, 195–197 (2011).
[4]EHT Collaboration та ін., “Зображення центральної надмасивної чорної діри”, Astrophys. Дж. Летт. 875, L4 (52) (2019), перший телескоп горизонтальної події M87 IV.
[5]EHT Collaboration et al., «Фізичне походження асиметричного кільця», Астрофіс. Дж. Летт. 875, L5 (31) (2019), Результати телескопа горизонту першої події M87 V.
[6]Співпраця з EHT та ін., «Тінь і маса центральної чорної діри», Астрофіс. Дж. Летт. 875, L6 (44) (2019), перший телескоп "Горизонт подій M87" VI.
[10]Деметриос Крістодулу та Ремо Руффіні, “Оборотні перетворення зарядженої чорної діри”, Фіз. Преподобність D 4, 3552–3555 (1971).
[29]Бін Чен, Рональд Кантовський, Сінью Дай, Едді Барон та Прасад Маддумаж, “Алгоритми та програми для сильного гравітаційного лінзування в просторі Керра, включаючи поляризацію, Керр”, Астрофіс. J. Suppl. Сер. 218, 4 (2015).

Цифри:

Малюнок 1. Експериментальні результати . Польові компоненти вздовж напрямку спостерігача та спіральних спектрів, отриманих методом TIE для епох 1 та епохи 2. Асиметрія між компонентами = 1 та = −1 в обох спіральних спектрах виявляє обертання чорної діри в M87. Це також вказує на те, що електромагнітний вихор, реконструйований за допомогою TIE-аналізу напруженості поля ЕМ, витягнутого з температури яскравості в смузі кінцевих частот, має компоненти по напрямку розповсюдження до спостерігача, сумісні із скрученою лінзою чорної діри з = 0,9 ± 0,1, що обертається за годинниковою стрілкою зі спіном, спрямований від Землі, та кільце Ейнштейна з гравітаційним радіусом$m$$m$$a$$R_g$= 5, як вказує аналіз EHT, в якому переважає некогерентна емісія. Протягом усіх днів діаметри ринкових особливостей охоплюють вузький діапазон 38–44 µ-секунди, а спостережена температура пікової яскравості кільця становить ∼ 6 × 10 K. Інші компоненти ( і ) поля ЕМ, отриманого з рівнянь TIE, не показують переважного компонента OAM. Це очікується .$T$$^9$$^{[6]}$$x$$y$$^{[1]}$

Малюнок 2. Результати аналізу даних DIFMAP, EHT та SMILI та чисельних моделювань KERTAP . Перші три вставки показують експериментальний спіральний спектр, отриманий із трьох зображень фідуціального трубопроводу за 11 квітня 2017 року від SMILI, EHT-зображень та DIFMAP . Вони представляють амплітуду і фазу видимості як функцію базової лінії вектора. У всіх наборах даних параметр асиметрії, відношення між піками = 1 та = −1 у спіральних спектрах, дорівнює > 1, що вказує на обертання за годинниковою стрілкою: чорна діра має своє віджимання, спрямоване від Землі та нахил між наближається струменем і прямою зором$^{[4]}$$m$$m$$q$$i$= 17 ° (еквівалентно аналогічній геометрії з нахилом = 163 °, але там, де кутовий імпульс потоку нарощування і швидкість ВГ протирівняні) ( зліва ). Четверта вставка : спіральний спектр чисельних моделювань за допомогою KERTAP отриманий з нормованої інтенсивності та фази компонента радіаційного поля, випромінюваного з просторово вирішеного зображення накопичувального диска чорної діри, в якому переважає термізована емісія з Γ = 2. Когерентність χ випромінювання характеризується співвідношенням = 0 і$i$$^{[29]}$$z$$m$$m$= 1 пік у спіральних спектрах. Чим нижчий χ, тим вища когерентність випромінювання. Експериментальні спіральні спектри SMILI, зображення EHT та DIFMAP демонструють більш високу когерентність випромінювання випромінювання (χ = 1.198, χ = 1.798) та (χ = 1.107) щодо модельованої моделі простого термізованого накопичувального диска зі спектром потужності Γ = 2 (χ = 5.029) та відносно отриманої при реконструкції TIE хвилі фронту (χ = 13.745 і χ = 14.649) на рис.1. Навіть якщо асиметрія$_\text{SMILI}$$_\text{EHT}$$_\text{DIFMAP}$$_\text{KERTAP}$$_\text{ep1}$$_\text{ep2}$$q$ добре збережений, метод TIE може бути вдосконалений шляхом послідовних придбань даних хвильового фронту, розділених значно меншим часовим інтервалом, ніж один день, і, отже, може дати кращу інформацію про джерело викидів.

Цей документ містить значну додаткову інформацію та ілюстрації, які варто переглянути. Дякую Джеку Р. Вудсу за посилання, яке привело мене до вищенаведеної інформації.

Попередня редакція :

У статті: " Результати телескопа першого горизонту M87. V. Фізичне походження асиметричного кільця ", (10 квітня 2019 р.), "Співпраця телескопа" Горизонт ", Казунорі Акіяма, Ентокс Альберді, Вальтер Алеф, Кейчі Асада, Ребекка Азулай, Енн-Катрін Бачко, Девід Балл, Міслав Балокович, Джон Баррет та ін., В одній з декількох опублікованих нещодавно статей вони пояснюють:

(4) На півдні кільце яскравіше, ніж на півночі. Це можна пояснити поєднанням руху в джерелі та доплерівського випромінювання. Як простий приклад ми розглядаємо світяться, оптично тонкі кільця, що обертаються зі швидкістю v та кутом вектора імпульсу, нахиленим під кутом огляду i> 0 ° до лінії зору. Тоді наближається сторона кільця підсилюється доплерівською стороною, а відступаюча сторона доплерівською тьмяною, створюючи контраст яскравості поверхні порядку єдності порядку, якщо v є релятивістським. Наближається сторона великомасштабного струменя в M87 орієнтована на захід-північний захід (кут положення у папері VI це називається ) або вправо і трохи вгору на зображенні.$\mathrm{PA}\approx 288^\circ ;$${\mathrm{PA}}_{\mathrm{FJ}}$

Малюнок 5 з цього документа включений у відповідь Роб Джефріса.

Висновок, який вони досягають, частково, такий:

"... Результати цього порівняння узгоджуються з гіпотезою, що компактне випромінювання 1,3 мм у M87 виникає протягом декількох${r}_{{\rm{g}}}$чорної діри Керра, а також, що кільцева структура зображення породжена сильним гравітаційним лінзуванням та доплерівським променем. Моделі передбачають, що асиметрія зображення залежить від відчуття закрутки чорної діри. Якщо ця інтерпретація точна, то спіновий вектор чорної діри в M87 вказує від Землі (чорна діра крутиться за нею за годинниковою стрілкою). Моделі також передбачають, що існує сильний енергетичний потік, спрямований від полюсів чорної діри, і що цей енергетичний потік переважає електромагнітно. Якщо моделі правильні, то центральний двигун для струменя M87 працює за допомогою електромагнітного вилучення вільної енергії, пов'язаної із віджимом чорної діри, за допомогою процесу Бленфорда - Знаєка. "

Перший чернетка :

У статті: " Ергорегіонна нестабільність екзотичних компактних об'єктів: електромагнітні та гравітаційні збурення та роль поглинання " (15 лютого 2019 р.) Еліза Маджіо, Вітор Кардосо, Сем Р. Долан та Паоло Пані пояснює, що це пов'язано з обертальним надвипромінювання на сторінці 10:

"... нестабільність можна зрозуміти через хвилі, захоплені в бар'єрі фотонного сфери і підсилені розсіюванням над радіантами Р. Бріто, В. Кардосо і П. Пані, Лект. Примітки Фіз. 906 , ч.1 (2015), arXiv: 1501.06570 .$^{[43]}$
[43]

У статті " Superradiance " (вище), хоча й значно довший, можливо, набагато доступніший . На сторінці 38, де вони пояснюють процес Пенроуза, вони пропонують діаграму, яка, ймовірно, полегшує розуміння цього:

"Малюнок 7: Мальовничий вигляд оригінальних процесів Пенроуза. Частинка з енергією E розпадається всередині ергосфери на дві частинки, одна з негативною енергією E <0, яка потрапляє в ЧД, а друга частинка втече до нескінченності з енергією вище, ніж початкова частинка, E > E . ".$_0$2 1 0$_2$$_1$$_0$

З сторінки 41:

"Малюнок 8: Аналогія каруселі процесу Пенроуза. Тіло падає майже від спокою в обертовий циліндр, поверхня якого розпорошується клеєм. На поверхні тіло змушене спільно обертатися з циліндром (аналог тому BH ергосфера, поверхня, за якою жоден спостерігач не може залишатися нерухомою щодо нескінченності). Негативні енергетичні стани ергорегіону відтворюються потенційною енергією, пов'язаною з липкою поверхнею. Якщо зараз половина об'єкта (червонуватого кольору) відривається від першої наполовину (жовтуватий), вона досягне нескінченності з більшою (кінетичною) енергією, ніж вона мала спочатку, витягуючи обертальну енергію із системи. "

Наступна більш складна модель, яка, як вважається, виходить за рамки запропонованого, зі сторінки 46:

"Малюнок 9: Мальовничий вигляд різних колізійних процесів Пенроуза. Ліворуч: початкові частинки з вхідним імпульсом радіалу (p <0 і p <0). Частина 3 має початковий радіальний імпульс, але в підсумку знаходить поворот і Максимальна ефективність для цього виявилася досить скромною η ∼ 1,5 Право: початкові частинки з p > 0 і p <0. У цьому у випадку частинки 1 всередині ергосфери повинно бути p > 0. Для цього процесу ефективність може бути незв'язаною для крайніх ВЧ .$^r _1$r 2 [168,169,170,171] r 2 r 1 [172,173]$^r_2$$^{[168, 169, 170, 171]}$$^r_1$$^r_2$$^r_1$$^{[172, 173]}$

[168]Т. Піран та Дж. Шахам, “Верхні межі на колізійних процесах пероза біля обертових горизонтів чорної діри”, Фіз.Рев. D16 (1977) 1615–1635.

[169]Т. Харада, Х. Немото та У. Міямото, “Верхні межі викиду частинок внаслідок високоенергетичного зіткнення та реакції поблизу максимально обертової чорної діри Керра”, Фіз.Рев. D86 (2012) 024027, arXiv: 1205.7088 [gr-qc].

[170]М. Беджгер, Т. Піран, М. Абрамович та Ф. Хакансон, «Колізійний процес Пенроуза біля горизонту крайніх чорних дір Керра», Фіз.Рев.Летт. 109 (2012) 121101, arXiv: 1205.4350 [astro-ph.HE].

[171]О. Заславський, “Про енергетику зіткнень частинок біля чорних дір: ефект ЧСВ проти процесу Пенроуза”, Фіз.Рев. D86 (2012) 084030, arXiv: 1205,4410 [gr-qc].

[172] JD Schnittman, "Переглянута верхня межа видобутку енергії з чорної діри Керра", arXiv: 1410.6446 [астро-ph.HE].

[173] Е. Берті, Р. Бріто та В. Кардосо, “Ультраенергетичні сміття від колізійного процесу Пенроуза”, arXiv: 1410,8534 [гр-кс].

На стор. 170 (ніде в кінці статті) не є зведення, де пояснюється:

"У теоріях гравітації надвипромінювання тісно пов'язане з прискоренням припливів навіть на ньютонівському рівні. Релятивістські гравітаційні теорії прогнозують існування БХ, гравітаційних вакуумних розчинів, горизонт подій яких поводиться як однобічна в'язка мембрана. Це дозволяє виникати надмірного опромінення в космічних часах ЧД. і витягувати енергію з вакууму навіть на класичному рівні. Коли враховуються півкласичні ефекти, то опромінення виникає також у статичних конфігураціях, як у випадку випромінювання Хокінга від Schwarzschild BH.

Ефективність надрадіантного розсіювання ГВ за допомогою прядіння (Kerr) BH може бути більшою, ніж 100%, і це явище глибоко пов'язане з іншими важливими механізмами, пов'язаними зі спінінг компактних об'єктів, такими як процес Пенроуза, нестабільність ергорегіону, Blandford-Znajek ефект та нестабільність CFS. Ротаційне опромінення може бути складним для спостереження в лабораторії, однак його колега з БГ пов'язаний з низкою цікавих ефектів та нестабільності, які можуть залишити відбиток спостереження. Ми представили уніфіковану терапію надзвичайних явищ БХ, включаючи заряджені БХ, більш високі розміри, неасимптотично плоскі простори, аналогові моделі гравітації та теорії поза ГР. "

Я вважаю, що ми спостерігаємо один з ефектів накопичувального диска, який обертається з дуже високою швидкістю. Це називається релятивістським променем , і це відбувається тому, що частинки (в цьому випадку матерія в накопичувальному диску), які рухаються з релятивістською швидкістю (скажімо, вгору .2c), як правило, переважно випромінюють своє випромінювання в конусі в напрямку напрямку руху .

Це говорить про те, що матерія внизу картини (найяскравіші краплі) рухається до нас, а темніші частини від’їжджають геть. Оскільки чорна діра має тенденцію перекручувати світло навколо себе, я не впевнений у фотографії орієнтації накопичувального диска.