Cái nhẫn nào chỉ xuất hiện trong hình minh họa lỗ đen?

Nếu bạn nhận thấy, thời gian không gian bắt đầu biến dạng gần lỗ đen, nhưng sau đó ở khoảng cách đáng kể so với bề mặt của lỗ đen, hình ảnh ở hậu cảnh trở nên cực kỳ méo mó, nhưng khi bạn nhìn gần hơn đến lỗ đen, méo bắt đầu trông bình thường trở lại gần như không có gì xảy ra ngoại trừ hiệu ứng thấu kính mắt cá nhỏ.

Nếu không-thời gian biến dạng theo cách đơn điệu khi bạn tiếp cận bề mặt của lỗ đen, thì vòng siêu biến dạng này tồn tại như thế nào? Tại sao hình ảnh trông không bị méo ở bề mặt nhiều hơn ở vòng đó?

Điều này là do các photon thực sự đi theo vòng tròn quanh lỗ đen nhiều lần.

Cách xa BH, hình ảnh chỉ bị méo một chút. Đây là những photon chỉ bị lệch một chút.

Khi bạn đến gần hơn, bạn sẽ thấy các photon lệch ngày càng nhiều. Tại một số điểm, bạn sẽ thấy các photon đến từ phía sau bạn, đi xung quanh BH và đập vào mắt bạn. Cuối cùng, đủ gần với BH, bạn sẽ thấy các photon quay hoàn toàn 360 độ. BH hoạt động như một máy ảnh mắt cá.

Nhìn gần hơn và gần hơn với đĩa, bạn nhận được các photon đã thực hiện 1,5 lượt, 2 lượt, 3 lượt và cứ thế.

Những gì bạn nhìn thấy là hình ảnh vòng tròn đồng tâm, mỗi hình ảnh chứa toàn bộ hình ảnh của mọi thứ xung quanh BH nhưng được nén trong một vòng. Về cơ bản có vô số hình ảnh đồng tâm, nhưng bạn chỉ nhìn thấy rõ ràng một vài trong số chúng.

https://imgur.com/VZnkFxP

Cần lưu ý rằng đĩa đen ở giữa không phải là chân trời sự kiện. Nó chỉ đơn giản là một khu vực trong không gian nơi không có ánh sáng đến từ mắt bạn. Chân trời sự kiện thực tế nhỏ hơn khoảng 2 lần. Bạn có thể nghĩ về nó như hình ảnh của chân trời sự kiện "được phóng đại" bởi sự biến dạng không thời gian, nhưng sự tương tự là không hoàn hảo.

Một lỗ đen, theo nhiều cách, giống như một "ống kính" rất kỳ lạ.

Tôi biết bạn đã chấp nhận một câu trả lời, nhưng tôi muốn cung cấp một câu trả lời kỹ thuật hơn để hiểu sâu hơn về vật lý liên quan. Nếu bạn thực sự tò mò muốn đọc thêm và có thiên hướng về toán học, tôi khuyên bạn nên xem các Bài giảng không thể so sánh về Ống kính hấp dẫn của Narayan và Bartelmann . Đây sẽ là cơ sở của phần lớn câu trả lời của tôi và trên thực tế, là cơ sở của nhiều chuyên luận sau này về thấu kính hấp dẫn.

Trước hết, tôi muốn nói rằng mô tả các photon của Florin bao quanh lỗ đen và tạo ra nhiều vòng là một ý tưởng chính xác và thực sự xảy ra, nhưng tôi không tin là phù hợp với câu hỏi của bạn bởi vì những chiếc nhẫn đó không thể nhìn thấy trong hình ảnh Bạn đã đăng.

Thay vào đó, những gì bạn nhìn thấy là một hiệu ứng trong thấu kính hấp dẫn, theo đó hình ảnh của các vật thể bị biến dạng, phóng đại và nhân đôi. Điều xảy ra, theo cách hiểu đơn giản, là gần lỗ đen, số liệu không gian thời gian cục bộ bị vênh (nói cách khác, lỗ đen tạo ra lực hấp dẫn) do sự kỳ dị lớn trong lỗ đen. Sự cong vênh của không-thời gian này làm cho đường đi của ánh sáng, nếu không sẽ đi dọc theo một đường thẳng, bị uốn cong. Với một số giả định cơ bản, có thể tính toán chính xác làm thế nào hình ảnh của nguồn sáng nền bị biến dạng.

Vòng chính và được xác định rõ mà bạn thấy được gọi là Vòng Einstein . Bạn có thể thấy chiếc nhẫn này thực sự tốt trong hình ảnh (mô phỏng) bên dưới.

Trong trường hợp đơn giản của một lỗ đen đơn, không quay, vật lý đủ đơn giản để thực sự tính toán hoàn toàn (mặc dù với một số giả định đơn giản hóa, ví dụ: xấp xỉ thấu kính mỏng ). Như được mô tả trong các bài giảng được liên kết ở trên:

Bất kỳ nguồn nào được chụp ảnh hai lần bởi một thấu kính khối lượng điểm. Hai hình ảnh nằm ở hai bên của nguồn, với một hình ảnh bên trong vòng Einstein và bên kia. Khi nguồn di chuyển ra khỏi ống kính, một trong các hình ảnh tiếp cận ống kính và trở nên rất mờ, trong khi hình ảnh kia tiến gần hơn và gần hơn đến vị trí thực của nguồn và có xu hướng phóng đại sự thống nhất.

Vì vậy, bạn có thể thấy rằng bạn nhận được hình ảnh trùng lặp của bất kỳ đối tượng nền nào, có thể thấy rõ trong hình trên. Vào khoảng 7 giờ trong hình ảnh, bạn có thể thấy hai ngôi sao (một màu đỏ, một màu xanh lam) nằm ngoài vòng Einstein, và sau đó là hình ảnh thứ hai vào khoảng 1 giờ bên trong vòng Einstein. Bản thân chiếc nhẫn Einstein là một trường hợp đặc biệt trong đó các vật thể chính xác trên chiếc nhẫn nằm ngay sau lỗ đen (theo quan điểm của người quan sát). Trong trường hợp đặc biệt này, bạn không nhận được hai hình ảnh nữa mà thay vào đó bạn có được một vòng sáng. Khi các vật thể tiếp cận vòng này (nói cách khác, khi chúng tiến đến ngay phía sau lỗ đen),

Đó là lý do tại sao bạn nhìn thấy sự biến dạng mà bạn mô tả. Khi một vật thể phía sau lỗ đen tiến gần đến tầm nhìn của bạn, nó xuất hiện dưới dạng hai hình ảnh, một hình ảnh nằm ngoài vòng Einstein và một hình ảnh (rất nhỏ) gần với chân trời sự kiện. Sau đó, khi đối tượng tiếp cận trang web của bạn, hình ảnh của nó tiếp cận vòng Einstein từ cả hai phía, nơi nó trở nên sáng hơn và bị bóp méo nhiều hơn.

Ý tưởng được Florin đề cập về các photon quay tròn là đúng và trên thực tế bạn thực sự thấy nhiều vòng Einstein, nhưng các vòng khác rất gần với lỗ đen và nói chung bạn sẽ không quan sát chúng. Bạn có thể thấy những chiếc nhẫn Einstein khác như một vệt sáng xung quanh lỗ đen trong hình trên.