이 블랙홀 사진에 왜 밝지 않은 영역이 있습니까?

EHT의 데이터를 사용하여 만든 위의 블랙홀 사진이 최근에 공개 된 경우 왜 하위 영역이 위 영역보다 밝습니까? accretion 디스크의 회전 때문입니까? 또한 accretion 디스크의 방향은 무엇입니까? 우리는 머리를보고 있습니까?

아니요, accretion 디스크의 모양이 보이지 않습니다. 그것의 평면은 그림의 거의 평면이지만, 그것은 보이는 고리보다 훨씬 더 크고 희미합니다. 이 비대칭의 이유는 거의 전적으로 블랙홀과 매우 가까운 상대 론적 속도로 이동하는 물질에서 발생하는 도플러 빔과 방사선의 증가 때문입니다. 이것은 블랙홀 스핀의 방향에 의해 거의 전적으로 제어됩니다 . 블랙홀은 모든 부착 디스크의 방향과 거의 상관없이 재료와 자기장을 청소합니다.

다섯 번째 사건 수평선 망원경 종이의 아래 그림 은 상황을 명확하게 만듭니다.

검은 색 화살표는 블랙홀 회전 방향을 나타냅니다. 파란색 화살표는 증가 흐름의 초기 회전을 나타냅니다. M87의 제트기는 다소 동서 (페이지에 투사)이지만 오른쪽은 지구를 향하고 있습니다. 블랙홀의 스핀 벡터가 이것과 정렬되는 (또는 정렬되지 않은) 것으로 가정된다.

두 개의 왼쪽 그림은 관측치와 일치 함을 보여줍니다. 공통점은 블랙홀 스핀 벡터가 대부분 페이지에 있다는 것입니다 (제트와 정렬되지 않음). 가스는 같은 방식으로 회전해야하며 블랙홀의 남쪽으로, 블랙홀의 북쪽으로 멀어 질 것입니다. 도플러 부스팅 및 빔은 나머지를 수행합니다.

종이가 말했듯이 :

링에서 피크 플럭스의 위치는 블랙홀 스핀에 의해 제어됩니다. 그것은 항상 하늘에서 스핀 벡터의 투영으로부터 약 90도 시계 반대 방향으로 놓여 있습니다.

답변을 업데이트 할 가치가있는 최근 정보가 있습니다 (내 전화에 MathJax를 입력하는 데 어려움이 있음에도 불구하고). 이 과학자들이 출판 한 내용을 개선하지 않았으므로 최소한 인용했습니다. 이전 수정 사항은이 추가 사항 아래에 남아 있습니다.

Fabrizio Tamburini, Bo Thidé 및 Massimo Della Valle 의 논문 "" 관찰 된 뒤틀린 빛에서 M87 블랙홀의 스핀 측정 "(2019 년 4 월 16 일)에서 2 페이지에 설명되어 있습니다.

...이 데이터 세트에 적용된 이미징 기술은 시계 방향으로 회전하는 비대칭 링과 명확한 중앙 밝기 저하를 나타내는 "초승달"기하학적 구조를 나타냅니다. 이는 블랙홀 그림자 주변의 렌즈 방출에 의해 지배되는 소스를 나타냅니다.

$q_1$$q_2$$\bar{q}$$q_{num}$$\boldsymbol{a} \textbf{~}\!$ $^{[10]}$$\textbf{10}{^\textbf{64}}\!$ Gyr (십억 년)의 시간 척도에 걸쳐 가장 밝은 퀘이사 (~ 500 조 )$\odot$ , 접근하는 제트와 시선 사이의기울기= 17 °, 증가 흐름의 각도 모멘트와 블랙홀의 안티 정렬 , Ref. 5.$i$

이 결과는 = 1.401, EHT = 1.361 및 SMILI, = 1.319, 인 DIFMAP의 2017 년 4 월 11 일에 대한 진폭 및 위상 플롯의 기준 파이프 라인 이미지 분석 결과와 잘 일치합니다 그 날 TIE로 추정 된 에포크 2 값에서 0.09를 벗어나는 평균값 = 1.360을 제공하고 > 0은 시계 방향 회전을 확인합니다. 나선형 스펙트럼은 그림 2에보고되어있다.$q$$q$$q$$^{[6]}$$\bar{q}$$q$

이어서 하나의 파라미터 회전 판정 비대칭 파라미터와 보간법에 의한 것과 비교하여 경사 및 회전 파라미터의 상이한 값은 표 I의 수치 실시 예에보고 된 다양한 모델을 및 . 결과는도 1에 도시되어있다.$a$$q$$i$$q$

[1]Fabrizio Tamburini, Bo Thidé, Gabriel Molina-Terriza 및 Gabriele Anzolin,“회전하는 블랙홀 주위의 빛 왜곡”, Nature Phys. 7, 195–197 (2011).
[4]EHT Collaboration et al.,“중앙 초 거대 블랙홀을 상상해보십시오.”Astrophys. J. Lett. 875, L4 (52) (2019), 최초 M87 이벤트 호라이즌 망원경 결과 IV.
[5]EHT Collaboration et al., "비대칭 고리의 물리적 기원", 천체. J. Lett. 875, L5 (31) (2019), First M87 Event Horizon Telescope Results V.
[6]EHT Collaboration et al.,“중앙 블랙홀의 그림자와 질량”Astrophys. J. Lett. 875, L6 (44) (2019), 최초 M87 이벤트 호라이즌 망원경 결과 VI.
[10]Christodoulou와 Remo Ruffini, "충전 된 블랙홀의 가역적 변형"Phys. 개정판 4, 3552-3555 (1971).
[29]Bin Chen, Ronald Kantowski, Xinyu Dai, Eddie Baron 및 Prasad Maddumage,“편광을 포함한 Kerr 시공간에서의 강력한 중력 렌즈 화를위한 알고리즘 및 프로그램”Astrophys. J. Suppl. Ser. 218, 4 (2015).

수치 :

그림 1. 실험 결과 . 에포크 1 및 에포크 2에 대한 TIE 방법으로 얻은 관찰자의 방향 및 나선 스펙트럼에 따른 필드 성분 나선 스펙트럼 모두에서 = 1과 = -1 성분 사이의 비대칭은 M87에서 블랙홀의 회전을 나타냅니다. 또한 한정된 주파수 대역폭에서 밝기 온도에서 추출 된 EM 전계 강도의 TIE 분석으로부터 재구성 된 전자기 소용돌이 = 0.9의 블랙홀의 비틀림 렌즈와 호환되는 관찰자에게 전파 방향을 따르는 성분을 가짐을 나타낸다. 지구에서 멀어지는 스핀과 중력 반경 가진 아인슈타인 링으로 시계 방향으로 ± 0.1 회전$m$$m$$a$$R_g$불일치 방출에 의해 지배되는 EHT 분석에 의해 지시 된 바와 같이 = 5이다. 하루 종일, 링 피처의 직경은 38–44 µ-arcseconds의 좁은 범위에 걸쳐 있으며 링의 관찰 된 피크 밝기 온도는 ∼ 6 × 10 K입니다. 다른 구성 요소 ( 및 TIE 방정식으로부터 유도되는 EM 필드)이 우세한 OAM 성분을 표시하지 않는다. 이것은 입니다.$T$$^9$$^{[6]}$$x$$y$$^{[1]}$

그림 2. DIFMAP, EHT 및 SMILI 데이터 분석 및 KERTAP의 수치 시뮬레이션 결과 . 첫 세 삽입은 SMILI, EHT 이미징 및 DIFMAP 에서 2017 년 4 월 11 일에 대한 3 개의 기준 파이프 라인 이미지에서 얻은 실험용 나선형 스펙트럼을 보여줍니다 . 이들은 벡터 기준선의 함수로서 가시성 진폭 및 위상을 나타냅니다. 모든 데이터 세트에서 비대칭 매개 변수 에서, 나선 스펙트럼에서 = 1과 = -1 피크 사이의 비율은 시계 방향 회전을 나타내는 > 1입니다. 블랙홀은 지구에서 멀어 지도록 회전하고 기울기를 나타냅니다. 접근 제트의 시선 사이$^{[4]}$$m$$m$$q$$i$= 17 ° (기울기 = 163 ° 인 유사 기하와 같지만, 가속 흐름의 각도 운동량과 BH의 운동량은 정렬되지 않은 경우) ( 왼쪽 ). 제 4 삽입 : Γ를 이용한 열 방출에 의해 지배되는 블랙홀 발생 디스크의 공간적으로 분석 된 이미지로부터 방출 된 방사선 장의 성분의 정규화 된 세기 및 위상으로부터 얻은 KERTAP 를 이용한 수치 시뮬레이션의 나선 스펙트럼 방사선 방출의 일관성 (coherence) χ는 = 0과 사이의 비에 의해 특징 지워진다$i$$^{[29]}$$z$$m$$m$나선형 스펙트럼에서 1 피크. χ가 낮을수록 방출의 일관성이 높아진다. SMILI, EHT 이미징 및 DIFMAP의 실험적인 나선 스펙트럼은 방사선 방출에서 더 높은 일관성을 나타냅니다 (χ = 1.198, χ = 1.798) 및 (χ = 1.107) 전력 스펙트럼이 Γ = 2 (χ = 5.029) 인 단순 열화 가속 디스크의 시뮬레이션 모델 과 파면의 TIE 재구성에서 얻은 것과 관련됨 (χ = 13.745 및 χ = 14.649). 비대칭 라도$_\text{SMILI}$$_\text{EHT}$$_\text{DIFMAP}$$_\text{KERTAP}$$_\text{ep1}$$_\text{ep2}$$q$ TIE 방법은 웨이브 프론트의 연속적인 데이터 수집으로 하루보다 훨씬 짧은 시간 간격으로 분리되어 향상 될 수 있으므로 소스 방출에 대한 더 나은 정보를 제공 할 수 있습니다.

이 문서에는 검토 할 가치가있는 상당한 추가 정보와 삽화가 들어 있습니다. 위의 정보로 연결되는 링크에 대해 Jack R. Woods 에게 감사드립니다 .

이전 수정 :

논문에서 : " 첫 번째 M87 이벤트 호라이즌 망원경 결과. V. 비대칭 링의 물리적 기원 ", (2019 년 4 월 10 일), 이벤트 호라이즌 망원경 협력, Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Walter A Anne-Kathrin Baczko, David Ball, Mislav Baloković, John Barrett 등은 최근 몇 가지 논문에서 다음과 같이 발표했습니다.

(4) 반지는 북쪽보다 남쪽에서 더 밝습니다. 이것은 소스와 도플러 빔의 움직임의 조합으로 설명 할 수 있습니다. 간단한 예로서, 속도 v로 가시 광선에 대해 시야각 i> 0 °로 경 사진 각도 운동량 벡터로 회전하는, 광학적으로 얇은 링을 고려한다. 그런 다음 링의 접근면이 도플러 부스트되고, 후진면이 도플러 어두워 져 v가 상대 론적이면 차수 단일의 표면 밝기 대비를 생성합니다. M87에서 대규모 제트의 접근면은 서쪽-북서쪽을 향하고 있습니다 (위치 각도 종이 VI에서는 ) 또는 이미지의 오른쪽과 약간 위입니다.$\mathrm{PA}\approx 288^\circ ;$${\mathrm{PA}}_{\mathrm{FJ}}$

이 논문의 그림 5는 Rob Jeffries 답변에 포함되어 있습니다.

그들이 부분적으로 도달한다는 결론은 다음과 같습니다.

"...이 비교의 결과는 M87의 소형 1.3mm 방출이 이내에 발생한다는 가설과 일치합니다.${r}_{{\rm{g}}}$Kerr의 블랙홀과 이미지의 링형 구조는 강력한 중력 렌즈 및 도플러 빔에 의해 생성됩니다. 모델은 이미지의 비대칭 성이 블랙홀 스핀의 감각에 달려 있다고 예측합니다. 이 해석이 정확하면 M87의 블랙홀 회전 벡터가 지구에서 멀어집니다 (블랙홀은 시계 방향으로 하늘에서 회전합니다). 이 모델은 또한 블랙홀의 극에서 멀어지는 방향으로 강한 에너지 플럭스가 있으며이 에너지 플럭스가 전자 기적으로 지배된다고 예측합니다. 모델이 올 바르면 Mland jet의 중앙 엔진은 Blandford–Znajek 공정을 통한 블랙홀 스핀과 관련된 자유 에너지의 전자기 추출로 구동됩니다. "

초안 :

기사 : " 이국적인 소형 물체의 인체 공학적 불안정성 : 전자기 및 중력 교란 및 흡수의 역할 "(2019 년 2 월 15 일), Elisa Maggio, Vitor Cardoso, Sam R. Dolan 및 Paolo Pani의 설명은 이것이 회전 때문이라고 설명합니다. 10 페이지의 초조도 :

"... 불안정성은 광자-구면 장벽 내에 갇히고 초 방사 산란에 의해 증폭 된 파동의 관점에서 이해 될 수있다. R. Brito, V. Cardoso, P. Pani, Lect. Notes Phys. 906 , pp.1 (2015), arXiv : 1501.06570 .$^{[43]}$
[43]

기사 " Superradiance "(위)는 상당히 길지만 훨씬 더 접근하기 쉽습니다 . 그들은 펜로즈 프로세스 를 설명하는 38 페이지 에 이것을 이해하기 쉽게 해주는 다이어그램을 제공합니다.

"그림 7 : 원래 펜로즈 공정의 그림보기. 에너지 E 입자 는 인체 공학적 내부에서 두 개의 입자로 붕괴합니다. 하나는 음의 에너지 E <0이고 BH로 떨어지고 두 번째 입자는 에너지로 무한대로 빠져 나갑니다 원래 입자보다 높음, E > E . "$_0$$_2$$_1$$_0$

41 페이지부터 :

"그림 8 : 펜로즈 공정의 회전 목마 유사점. 신체는 거의 정지 상태에서 회전 실린더로 떨어지며 표면은 접착제로 뿌려집니다. 표면에서 신체는 실린더와 함께 회전합니다 (따라서 BH에 대한 분석). 관찰자가 무한대와 관련하여 정지 상태를 유지할 수없는 표면) 인체 공학적 영역의 음의 에너지 상태는 끈적한 표면과 관련된 잠재적 에너지에 의해 재생됩니다. 이제 물체의 절반 (적색)이 첫 번째에서 분리됩니다. 절반 (노란색) 인 경우 초기보다 더 많은 (운동) 에너지로 무한대에 도달하여 시스템에서 회전 에너지를 추출합니다. "

46 페이지에서 요청 된 것 이상으로 여겨지는 더 복잡한 모델 :

"그림 9 : 다양한 충돌 펜로즈 공정의 그림보기. 왼쪽 : 방사상 운동량이 진행중인 초기 입자 (p <0 및 p <0). 입자 3은 초기 진입 방사상 운동량을 갖지만 결국 전환점을 찾고 이것에 대한 최대 효율은 η ∼ 1.5 적당히 나타났습니다 오른쪽 : p > 0 및 p <0 인 초기 입자. 케이스 1 입자 (P)가 있어야 작용권 내부> 0.이 프로세스의 효율이 극값 하반부위한 바인드 될 수 .$^r _1$$^r_2$$^{[168, 169, 170, 171]}$$^r_1$$^r_2$$^r_1$$^{[172, 173]}$

[168]T. Piran과 J. Shaham,“회전하는 블랙홀 호라이즌 근처에서 충돌하는 펜로즈 프로세스의 상위 경계”, Phys.Rev. D16 (1977) 1615–1635.

[169]T. Harada, H. Nemoto 및 U. Miyamoto,“최대 회전 Kerr 블랙홀 근처에서 높은 에너지 충돌 및 반응으로 인한 입자 방출의 상한”Phys.Rev. D86 (2012) 024027, arXiv : 1205.7088 [gr-qc].

[170]M. Bejger, T. Piran, M. Abramowicz 및 F. Hakanson,“극단적 인 Kerr 블랙홀의 수평선 근처에서 충돌하는 펜로즈 프로세스”Phys.Rev.Lett. 109 (2012) 121101, arXiv : 1205.4350 [astro-ph.HE].

[171]O. Zaslavskii,“블랙홀 근처의 입자 충돌 에너지 : BSW 효과 대 펜로즈 공정”Phys.Rev. D86 (2012) 084030, arXiv : 1205.4410 [gr-qc].

[172] JD Schnittman,“Kerr 블랙홀에서 에너지 추출에 대한 수정 된 상한치”arXiv : 1410.6446 [astro-ph.HE].

[173] E. Berti, R. Brito 및 V. Cardoso,“충돌 펜로즈 공정에서 발생하는 초고 에너지 잔해물”arXiv : 1410.8534 [gr-qc].

다음과 같은 내용이 170 페이지에 요약되어 있습니다 (논문 끝 근처에 없음).

중력 이론에서 초 강도는 뉴턴 수준에서도 조력 가속과 밀접한 관련이 있습니다. 상대 론적 중력 이론은 BH, 존재 수평선이 일방 점성 막으로 작용하는 중력 진공 솔루션의 존재를 예측합니다. 고전적인 수준에서도 진공으로부터 에너지를 추출하기 위해 반 고전적 효과를 고려할 때 슈 와츠 실트 BH의 호킹 방사선의 경우와 같이 정적 구성에서도 초조도가 발생합니다.

회전 (Kerr) BH에 의한 GW의 초 광산란 산란 효율은 100 %보다 클 수 있으며이 현상은 펜로즈 프로세스, 인체 공학적 불안정성, Blandford-Znajek와 같은 소형 물체의 회전과 관련된 다른 중요한 메커니즘과 깊이 연결되어 있습니다. 효과 및 CFS 불안정성. 회전 초조도는 실험실에서 관찰하기 어려울 수 있지만, BH 대응 물은 여러 가지 흥미로운 효과 및 불안정성과 관련되어있어 관찰 각인이 남을 수 있습니다. 우리는 하전 된 BH, 더 높은 차원, 비 점근 적으로 평평한 시공간, 중력에 대한 아날로그 모델 및 GR을 넘어서는 이론을 포함하여 BH 초 발현 현상의 통일 된 처리를 제시했다. "

우리는 가속 디스크가 매우 빠른 속도로 회전하는 효과 중 하나를보고 있다고 생각합니다. 이것을 상대성 빔 이라고 하며, 상대 속도 (예 : 0.2c 이상)로 이동하는 입자 (이 경우에는 디스크에 중요)가 운동 방향으로 원추형으로 방사를 방출하는 경향이 있기 때문에 발생합니다. .

이것은 그림의 맨 아래에있는 문제 (가장 밝은 얼룩)가 우리를 향해 이동하고 어두운 부분이 멀리 이동하고 있음을 나타냅니다. 블랙홀은 주위에 빛을 비추는 경향이 있기 때문에, 디스크의 방향을 잘 모르겠습니다.