现在只出现在黑洞插图中的那枚戒指是什么?


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如果您会注意到,时空在黑洞附近开始变形,但是在距黑洞表面相当远的地方,背景中的图像变得超失真,但是当您看起来更靠近黑洞时,失真再次恢复正常,几乎没有任何变化,除了轻微的鱼眼镜头效果。

如果当您接近黑洞表面时,时空以单调方式扭曲,那么这种超扭曲环将如何存在?为什么图像在表面看起来比在环上看起来更失真?

Answers:


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这是由于光子实际上绕黑洞多次绕圈运动。

远离BH,图像仅略微失真。这些是仅偏离一点点的光子。

靠近时,您会看到越来越多的光子偏离。在某个时候,您会看到来自您身后的光子,绕过BH并击中您的眼睛。最终,在离BH足够近的地方,您会看到光子旋转了360度。BH就像鱼眼镜头一样。

越靠近磁盘,您得到的光子将进行1.5圈,2圈,3圈等等。

您会看到同心的环形图像,每个图像都包含BH周围所有内容的完整图片,但压缩为环形。从本质上讲,同心图像是无限的,但您只能清楚地看到它们的前几个。

https://imgur.com/VZnkFxP

应当注意,中间的黑盘不是事件范围。这只是空间中没有任何光线可以到达您的眼睛的区域。实际事件范围大约缩小了2倍。您可以将其视为由时空失真“放大”的事件范围的图像,但是这种类比并不完美。

在很多方面,黑洞就像一个非常奇怪的“镜头”。


出色的答案,精彩的阅读!
uhoh

1
为什么黑色区域2×由地平线界定的区域?如果光线可以逃脱或四处走动,为什么会这样呢?
Alchimista

@Alchimista任何可能从该方向射入眼睛的光子都会被黑洞吞噬。这些轨迹离BH太近了。
Florin Andrei

啊 我确信这意味着地平线。我还是不明白:(
Alchimista

1
@Alchimista尝试阅读教程。答案基本上可以归结为一个事实,即“事件视界”之外是所谓的光子球体,光子在物理上可以,但不太可能逃脱黑洞,从而使该区域也显得很暗。
zephyr

7

我知道您已经接受了答案,但是我想提供一个更技术性的答案,以使它更多地涉及所涉及的物理学。如果您真的很想阅读更多内容,并且对数学很感兴趣,建议您看一看Narayan和Bartelmann撰写的无与伦比的引力透镜讲座。这将是我的大部分回答的基础,实际上,这也是后来许多有关引力透镜的论文的基础。

首先,我想说弗洛林对绕黑洞并产生多个环的光子的描述是正确的想法,并且确实存在,但是我不认为与您的问题有关,因为这些环在图像中不可见您发布了。

取而代之的是,您所看到的是重力透镜效应,使物体的图像变形,放大和复制。简而言之,是在黑洞附近,由于黑洞中的大量奇点而使本地时空度量扭曲(换句话说,黑洞施加了重力)。时空的这种弯曲导致光的路径弯曲,否则该光路径会沿着直线传播。借助一些基本假设,可以精确计算背景光源的图像如何失真。

您看到的主要且定义明确的环称为爱因斯坦环。您可以在下面的(模拟)图像中很好地看到此环。

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在单个不旋转的黑洞的简单情况下,物理原理足够简单,可以真正地直接进行计算(尽管有一些简化的假设,例如,薄透镜近似)。如以上链接的讲座所述:

点光源镜头将任何光源成像两次。这两个图像位于源的两侧,一个图像位于爱因斯坦环内,另一图像位于爱因斯坦环内。当源远离透镜移动时,一个图像接近透镜并变得非常微弱,而另一个图像越来越靠近源的真实位置并趋向于单位放大。

因此,您可以看到获得了任何背景对象的重复图像,这些图像可以在上图中清晰地看到。在图像中大约7点钟,您可以看到位于爱因斯坦环外的两颗星(一个红色,一个蓝色),然后在1点钟处可以看到位于爱因斯坦环内的第二个图像。爱因斯坦环本身就是一种特殊情况,其中环上的物体正好位于黑洞的后面(从观察者的角度来看)。在这种特殊情况下,您不会再获得两个图像,而是会得到一束光。当物体接近该环时(换句话说,当物体接近该黑洞之后时),

这就是为什么您看到描述的失真的原因。当黑洞后面的物体接近您的视线时,它会显示为两幅图像,其中一幅位于爱因斯坦环外,而另一幅(很小)的图像靠近事件视界。然后,当物体接近您的位置线时,其图像从两侧都接近爱因斯坦环,在该环上它变得更亮且更失真。

弗洛林提到的关于光子环绕的想法是正确的,实际上您实际上看到了多个爱因斯坦环,但是其他环非常靠近黑洞,通常您不会观察到它们。您可以在上图中的黑洞周围看到这些其他的爱因斯坦环,发出轻微的辉光。

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