Что это за кольцо, которое только сейчас появляется на рисунках черной дыры?

Если вы заметите, пространство-время начинает деформироваться вблизи черной дыры, но затем на значительном расстоянии от поверхности черной дыры изображения на заднем плане становятся искаженными, но затем, когда вы смотрите еще ближе к черной дыре, искажение снова начинает выглядеть нормально, как будто ничего не происходит, за исключением незначительного эффекта объектива «рыбий глаз».

Если пространство-время монотонно искажается при приближении к поверхности черной дыры, как существует это кольцо ультраискажений? Почему изображение не выглядит даже более искаженным на поверхности, чем на этом кольце?

Это происходит из-за того, что фотоны действительно многократно вращаются вокруг черной дыры.

Вдали от ЧД изображение лишь слегка искажено. Это фотоны, которые немного отклонились.

Когда вы приближаетесь, вы видите фотоны, которые отклоняются все больше и больше. В какой-то момент вы увидите фотоны, которые пришли позади вас, обошли ЧД и попали вам в глаза. В конце концов, достаточно близко к ЧД, вы увидите фотоны, которые развернулись на 360 градусов. ЧД действует как камера типа «рыбий глаз».

Присмотревшись ближе и ближе к диску, вы получите фотоны, которые сделали 1,5 оборота, 2 оборота, 3 оборота и так далее.

То, что вы видите, это концентрические кольцевые изображения, каждое из которых содержит полную картину всего вокруг ЧД, но сжато в кольце. По сути, существует бесконечность концентрических изображений, но вы ясно видите только первые несколько из них.

https://imgur.com/VZnkFxP

Следует отметить, что черный диск посередине не является горизонтом событий. Это просто область в космосе, откуда не исходит свет, который мог бы достичь вашего глаза. Фактический горизонт событий примерно в 2 раза меньше. Вы можете думать об этом как об изображении горизонта событий, «увеличенного» пространственно-временным искажением, но аналогия не идеальна.

Черная дыра во многом похожа на очень странную «линзу».

Я знаю, что вы уже приняли ответ, но я хочу дать более технический ответ, который больше касается физики. Если вам действительно интересно читать больше и у вас есть склонность к математике, я бы посоветовал вам взглянуть на несравненные лекции по гравитационному лицензированию, выполненные Нарайаном и Бартельманом . Это будет основой большей части моего ответа и, фактически, основой многих последующих трактатов по гравитационному линзированию.

Прежде всего, я хочу сказать, что описание Флорином фотонов, облетающих черную дыру и создающих множество колец, является правильной идеей и действительно имеет место, но я не верю, что это относится к вашему вопросу, потому что эти кольца не видны на изображении Вы отправили.

Вместо этого вы видите эффект гравитационного линзирования, при котором изображения объектов искажаются, увеличиваются и дублируются. Проще говоря, это то, что вблизи черной дыры локальная метрика пространства-времени деформируется (другими словами, черная дыра оказывает гравитационное воздействие) из-за массивной сингулярности в черной дыре. Эта деформация пространства-времени вызывает изгиб пути света, который в противном случае проходил бы по прямой линии. С некоторыми основными допущениями можно точно рассчитать, как искажается изображение источника фонового света.

Основное и четко определенное кольцо, которое вы видите, известно как кольцо Эйнштейна . Вы можете очень хорошо увидеть это кольцо на (смоделированном) изображении ниже.

В простом случае единственной невращающейся черной дыры физика достаточно проста, чтобы фактически выполнить вычисления напрямую (хотя и с некоторыми упрощающими предположениями, например, приближением тонкой линзы ). Как описано в лекциях, связанных выше:

Любой источник изображается дважды с помощью объектива с точечной массой. Два изображения находятся по обе стороны от источника, одно изображение внутри кольца Эйнштейна, а другое снаружи. Когда источник удаляется от объектива, одно из изображений приближается к объективу и становится очень слабым, в то время как другое изображение приближается все ближе к истинному положению источника и стремится к увеличению единицы.

Таким образом, вы можете видеть, что вы получаете дубликаты изображений любого фонового объекта, что хорошо видно на изображении выше. Примерно в 7 часов на изображении вы можете увидеть две звезды (одна красноватая, одна голубоватая), которые находятся за пределами кольца Эйнштейна, а затем второе изображение около 1 часа, которое находится внутри кольца Эйнштейна. Само кольцо Эйнштейна представляет собой особый случай, когда объекты точно на кольце находятся непосредственно за черной дырой (с точки зрения наблюдателя). В этом особом случае вы больше не получаете два изображения, а скорее получаете кольцо света. Когда объекты приближаются к этому кольцу (другими словами, когда они приближаются, находясь непосредственно за черной дырой),

Вот почему вы видите искажение, которое вы описали. Когда объект за черной дырой приближается к вашей прямой видимости, он появляется в виде двух изображений: одно далеко за пределами кольца Эйнштейна и одно (очень маленькое) изображение вблизи горизонта событий. Затем, когда объект приближается к вашей линии сайта, его изображения приближаются к кольцу Эйнштейна с обеих сторон, где он становится более ярким и искаженным.

Идея, упомянутая Флорином о круговороте фотонов, верна, и на самом деле вы видите множество колец Эйнштейна, но другие кольца очень близки к черной дыре, и в общем случае вы их не наблюдаете. Вы можете видеть эти другие кольца Эйнштейна как слабое свечение вокруг черной дыры на изображении выше.