Was kommt nach dem Fotografieren des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs? Könnten wir den Photonenring sehen?
2019 lieferte uns das Event Horizon Telescope (EHT) das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs. Einerseits war das dabei entstandene Bild eher unscheinbar. Nur eine kreisförmige Lichtunschärfe, die einen dunklen zentralen Bereich umgibt. Andererseits enthalten subtile Eigenschaften des Bildes enorme Informationen über die Größe und Rotation des Schwarzen Lochs. Die meisten Details des Bildes des Schwarzen Lochs sind durch die Grenzen der EHT verschwommen. Aber die EHT der nächsten Generation sollte eine schärfere Sicht bieten und könnte den dunklen Rand des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs offenbaren.
Wie stark gebündeltes Licht einen Photonenring erzeugt. Credit: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian
Ein Schwarzes Loch emittiert selbst kein Licht. Jedes Licht, das seine kreuzt Ereignishorizont ist für immer gefangen. Der leuchtende Ring, den wir im EHT-Bild von M87* sehen, wird durch das Hintergrundfunkglühen von Gas und Staub verursacht, das das Schwarze Loch umgibt. Ein Teil dieses Lichts passiert sehr nahe am Schwarzen Loch und wird gravitativ in unsere Richtung gelenkt. Die nächste Grenze, an der Licht das Schwarze Loch streifen und uns erreichen kann, ist als Photonenring bekannt.
Wenn wir das Schwarze Loch perfekt beobachten könnten, wäre der Photonenring eine dünne helle Linie. Ein Teil des Lichts des Photonenrings wird gestreut, bevor es uns erreicht, und in Kombination mit den Auflösungsgrenzen des EHT erzeugt dies das unscharfe Bild, das wir sehen. Die EHT der nächsten Generation wird jedoch eine höhere Auflösung haben und in der Lage sein, Bilder in kürzerer Zeit aufzunehmen. Dadurch werden detaillierte Bilder nicht nur von M87*, sondern auch des supermassereichen Schwarzen Lochs in unserer Galaxie möglich.
Verschiedene Photonenpfade erzeugen Lichtschichten. Bildnachweis: George Wong (UIUC) und Michael Johnson (CfA)
Eines der Dinge, die das ngEHT enthüllen könnte, sind mehrere Schichten von Linsenlicht. Das meiste Licht, das wir um das Schwarze Loch herum sehen, stammt vom Photonenring. Das heißt, das Licht mit starker Linse, das das Schwarze Loch streifte. Aber etwas Licht wird eine vollständige Schleife um das Schwarze Loch machen, bevor es uns auf den Weg macht, und eine kleine Menge wird mehrere Schleifen machen. Jede Art von Photonenpfad erzeugt a unterschiedliche Schicht des Lichtrings um das Schwarze Loch. Wenn wir diese Schichten auseinanderziehen können, werden wir die Natur der Schwerkraft in der Nähe eines Schwarzen Lochs besser verstehen.
Und als aktuelles Papier über diearXivzeigt, könnte uns das ngEHT auch dabei helfen, den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs selbst zu untersuchen. Der dunkle Zentralbereich des M87*-Bildes ist nicht der des Ereignishorizonts. Es ist nur ein Schatten des Schwarzen Lochs, das durch den Photonenring verursacht wird. Aber innerhalb der zentralen Region sollte es einen inneren Schatten geben. Ein Schatten des Ereignishorizonts. Wie diese aktuelle Arbeit zeigt, wäre dieser innere Schatten kein einfacher Kreis. Seine Form hängt von der Größe und Rotation des Schwarzen Lochs ab.
Das Gravitationsfeld in der Nähe eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass es nicht nur das Leuchten des Photonenrings, sondern auch den Schatten des Ereignishorizonts verzerrt. Während der Ereignishorizont also wirklich kugelförmig ist, ist unserAussichtdes Ereignishorizonts kann durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs verzerrt werden. In dieser neuesten Arbeit zeigt das Team, wie wir sowohl den Photonenring als auch den inneren Schatten beobachten können. Durch den Vergleich der beiden würden wir ein tiefes Verständnis der Dynamik Schwarzer Löcher gewinnen, einschließlich Informationen darüber, wie Licht und Materie von einem Schwarzen Loch eingefangen werden.
Mit der Zeit werden wir vielleicht endlich in der Lage sein, den dunklen Schatten der Schwerkraft selbst zu sehen.
Referenz:Andrew Chael et al. “ Den inneren Schatten eines Schwarzen Lochs beobachten: Ein direkter Blick auf den Ereignishorizont . 'arXiv-VordruckarXiv: 2106.00683 (2021).