Почему лучи от черной дыры можно зафиксировать?

[PavelSI]

Свет движется со скоростью типа 1 космической для Земли, если траектория движения - кольцо, и как тогда орбиты частиц света располагаются на разной высоте от черной дыры, если скорость света - константа?

Куча шаманизма в вашем вопросе предполагает что вы исходите из неверных посылок. Здесь на предлагаемой картинке нет никакого движения "частиц света" которые движутся кольцами. Здесь на картинке, построенной на компьютере, изображён есть диск из обычного светящегося вещества. Это аккреционный диск. Его для красоты картинки нарисовали почти с торца. Подобные диски возникают много где. Те же кольца Сатурна на них очень похожи. Если вещество извне течёт на некоторую массу, то возникает круговое течение из обычного вещества, и это течение доминирует надо всеми остальными траекториями частиц - образуется диск из обычного вещества. В центре этого диска виден кольцеобразный объект - это результат рассеивания того же самого света от аккреционного диска в поле тяготения черной дыры, там где поле становится достаточно сильным чтобы отклонять свет на большие углы. Никаких кольцевых движений света нигде не возникает. Свет или почти мгновенно уходит довольно быстро наружу - это всё что мы видим. Или же идёт по траекториям, ведущим внутрь черной дыры - и мы этот свет не видим.

[Klapaucius]

но были сомнения что там реально нет никаких ярких структур внутри кольца.

Как я понимаю, квазары именно из таких примеров, где всё "засвечено" более масштабными процессами. Аккреция там скорее всего перебивает просто дисковую на порядки (впрочем у плоских галактик не факт). Хотя не в теме прикидок, а возможно и готовых исследований, можно ли у квазаров сейчас, по имеющимся данным, изучить этот вопрос: структуру.

[PavelSI]

Учитывая что появились 2 почти одинаковые темы, а картинка из Интерстеллар встречается повсеместно, решил забахать изображение с пояснением, что же здесь изображено. Прежде всего, это картинка с компьютера с некоторой абстрактно рисуемой черной дырой. Дыра сама не светится, светится газ, который течёт на дыру, разгоняется, разогревается и образует аккреционный диск. Это обычное горячее вещество, обычным диском.
1, 2, 3 - точки на аккреционном диске, который для художественной красоты изображён почти с торца под углом почти как с Земли видны кольца Сатурна.  Свет отсюда идёт почти по прямой. Мы видим аккреционный диск, глядя на него спереди и чуть сверху.
4, 5 - одна и та же точка на аккреционном диске позади черной дыры. Мы её можем видеть, т.к. поле тяготения черной дыры подобно атмосфере планеты преломляет свет и позволяет заглянуть за себя. Подобных точек точек много и они образуют полное кольцо, подобное кольцу Эйнштейна. Это кольцо мы видим почти точно круглым. Все эти точки кольца соответствуют различным точкам диска, но с искажениями, возникающими по причине черной дыры. Хотя некоторые точки кольца, как 4 и 5, могут изображать одну и ту же точку диска. Точка 4 - свет огибает ЧД сверху и мы смотрим на область диска позади ЧД. Точка 5 - свет огибает ЧД снизу и мы видим диск снизу, заглядывая за дыру с другой стороны. Лучик 4 отклоняется не очень сильно, тогда как лучик 5 изгибается уже довольно значительно.

Внутри широких дуг 4 и 5 видна очень тонкая линия. Я не очень понимаю что это такое, хорошо если кто знающий поправит. Полагаю что свет, прошедший здесь, развернулся более чем на 180 градусов и мы видим переднюю часть аккреционного диска, но заглядывая с другой стороны. Вероятно должны быть ещё более тонкие линии для лучей, сделавших виток, полтора витка и т.д., но их рассмотреть нереально даже на картинке. Стоит учесть, что в ньютоновской физике траекторий, идущих из бесконечности и уходящих в бесконечность, но делающих пару витков вокруг планеты - нет. Но здесь пространство сильно искривлено и подобрая экзотика возможна.

[Romero]

Комментарий модератора

Дублирующие темы объединены. Просьба при обсуждении оставаться в рамках классической науки.

[Ly_S]

Сфотографировали не саму чёрную дыру, и не линзирование в том случае, а аккреционный диск вокруг неё.

Аккреция может вписываться в орбиту с такими не очень большими габаритами ?
Например происходит не  собственное вращение нейтронной звезды, а аккреция не вписывается в столь малую орбиту и вылетает наружу
выталкиваемая центробежными силами . 4800 оборотов в секунду.

[Dem]

Разве можно рассмотреть вокруг очень маленького объекта кольцо ?

Можно. Хотя пока только радиотелескопом с очень большой базой (интерферометром)

[Klapaucius]

4800 оборотов в секунду.

Ну и что? Какая разница? Главное чтобы вещество падало, прибывало извне. Центробежная сила не выкинет.

[dr_magneto]

Никаких кольцевых движений света нигде не возникает.

https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/Photon_sphere?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=en&_x_tr_pto=wapp

[PavelSI]

Никаких кольцевых движений света нигде не возникает.

https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/Photon_sphere?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=en&_x_tr_pto=wapp

Это понятно. Но фотонная сфера - это единственная траектория, такая что что микрон выше - свет улетает вовне, микрон ниже - свет притягивается к ЧД. Свет как волна по таким траекториям ходить не может, в таких случаях свет мгновенно рассеивается в стороны.
Обратите внимание, что если у нас в космосе в обычном ньютоновском пространстве висит спутник, то малые изменения скорости или координаты спутника будут вызывать малые изменения орбиты. В случае света на орбите вокруг ЧД малые изменения координаты будут вызывать всё увеличивающееся отклонение от фотонной сферы с итоговым "сваливанием" в сторону. Т.е. орбита неустойчива и по ней реальное сколь-либо долгое движение проходить не будет.

[Ly_S]

В случае света на орбите вокруг ЧД малые изменения координаты будут вызывать всё увеличивающееся отклонение от фотонной сферы с итоговым "сваливанием" в сторону. Т.е. орбита неустойчива и по ней реальное сколь-либо долгое движение проходить не будет.

Для этого нужна уже вторая космическая скорость.

[PavelSI]

Для этого нужна уже вторая космическая скорость.

И что? Парадокс: ниже фотонной сферы вторая космическая скорость меньше чем первая. Улететь прочь со скоростью света строго в зенит можно всюду за пределами горизонта событий, а вот выйти на круговую орбиту - ниже фотонной сферы не хватит даже скорости света.

[Ly_S]

4800 оборотов в секунду.

Ну и что? Какая разница? Главное чтобы вещество падало, прибывало извне. Центробежная сила не выкинет.

На ЧД вероятно ничего не падает, или кольцо вокруг, или облако, так как 16000 оборотов в секунду вокруг ЧД с массой Солнца. Центробежная сила будет уравновешивать падение.

[Ly_S]

И что? Парадокс: ниже фотонной сферы вторая космическая скорость меньше чем первая.

С такой скоростью упадёт внутрь.

[PavelSI]

С такой скоростью упадёт внутрь.

Я не понимаю, туда это куда? Такой это какой? Извольте писать более понятно.

[PavelSI]

https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/Photon_sphere?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=en&_x_tr_pto=wapp

про фотонную сферу ещё раз, более аргументированно. Рассмотрим движение фотона по фотонной сфере. При этом движении радиус орбиты фиксирован. А значит по соотношению неопределённостей не фиксирована проекция импульса на радиальное направление. В произведении двух неточностей получаем не менее чем постоянную Планка. И если радиус фиксирован точно, то импульс абсолютно не детерминирован.  Мы даже про ограничения по энергии в этом случае ничего не скажем, импульс любой значит любой Если же фиксировать импульс так что мы не движемся в радиальном направлении - то совершенно неопределена координата в радиальном направлении, волна становится плоской. Возможны компромиссные варианты - волна проходит с некоторой неопределённостью по расстоянию от ЧД, при этом имеет неустранимую расходимость в угловом аспекте. Самофокусировки здесь нет, волновода типа оптиковолокна тоже нет. Т.е. волна разбежится в стороны не сделав и сотню оборотов как бы точно мы бы исходный фотон ни направляли. По этой причине накопления фотонов на фотонной сфере не будет, фотонная сфера будет заполнена фотонами ничуть не более чем остальные заведомо незамкнутые траектории.

[evil gryphon]

https://news.mail.ru/society/64421972/
https://news.mit.edu/2025/x-ray-flashes-nearby-supermassive-black-hole-accelerate-mysteriously-0113 - на английском
In the case of 1ES 1927+654, the flickering seemed to steadily ramp up, from every 18 minutes to every seven minutes over the span of two years. - выглядит как белый карлик (сам очень компактный и прочный) падает на сверхмассивную чёрную дыру и подошел к горизонту событий уже очень близко и (ИМО. похоже что) осталось немного (может быть, год земного времени) и карлик (большей частью) упадёт на дыру (и есть вероятность что будет получено какое-то новое знание например о дыре или её ближайших окрестностях, в том числе о формировании джетов).

[evil gryphon]

Учитывая что появились 2 почти одинаковые темы, а картинка из Интерстеллар встречается повсеместно, решил забахать изображение с пояснением, что же здесь изображено. Прежде всего, это картинка с компьютера с некоторой абстрактно рисуемой черной дырой. Дыра сама не светится, светится газ, который течёт на дыру, разгоняется, разогревается и образует аккреционный диск. Это обычное горячее вещество, обычным диском.

- я когда-то постил уже сообщение о том, что не так с картинками чёрной дыры.
- после того как сделали картинку для фильма "интерстеллар", эту картинку начали вставлять во все остальные фантастические фильмы и сериалы и даже учёные которые реконструировали "изображение" дыры по сигналам радиотелескопов, ориентировались на изображение из фильма "интерстеллар" (его можно было реконструировать разными способами и выбрали вариант реконструкции на котором изображение похоже на кольцо).

С изображением не так две вещи (про которые я знаю)
а) газовый диск вокруг дыры вращается и часть диска удаляется от наблюдателя а часть диска приближается с довольно большой (околосветовой) скоростью и свет от вещества диска должен испытывать доплеровский сдвиг и изменение яркости (одна часть диска должна становиться тусклой и смещаться в красный, а другая часть становиться яркой и смещаться в синий).
б) половина вещества диска, падающего на дыру (поскольку есть светящийся диск, вещество диска должно всё время падать на дыру) и половина падающего вещества каким-то образом вылетает из дыры в виде высокоскоростных джетов (механизм образования джетов не очень понятен но сами джеты наблюдаются астрономами). Ни на одной из картинок "дыры со светящимся кольцом газа" джетов нет (а они должны быть).

(добавлено)
The Jet and Resolved Features of the Central Supermassive Black Hole of M87 Observed with the Event Horizon Telescope (EHT)
Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, and Junichiro Makino
Published 2022 June 30 - https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac6ddb (на английском языке, PDF можно скачать; https://arxiv.org/abs/2205.04623 - примерно то же на Arxiv) - японская реконструкция изображения центрального региона M87 - и авторы указывают что "We conclude that the absence of the jet and the presence of the ring in the EHTC result are both artifacts owing to the narrow FOV setting and the u−v data sampling bias effect of the EHT array." (то есть наличие кольца и отсутствие джета на знаменитых изображениях M87 это артефакты обработки изображения)  https://www.nao.ac.jp/en/contents/news/science/2022/20220630-m87-fig.jpg - добавлено - реконструированное изображение "дыры" в M87 - лучшее что удалось получить

[PavelSI]

осталось немного (может быть, год земного времени) и карлик (большей частью) упадёт на дыру

По статье мне тоже так показалось. Если за прошедшие без малого 10 лет период сократился почти вдвое, то сейчас грав. волны должны излучаться гораздо интенсивней и потому торможение должно быть заметно резче. Т.е. 10 лет не пролетает. Но странно что авторы рассуждают про перспективы пронаблюдать эту систему через космические детекторы типа LISA. До Лизы ещё как минимум с десяток лет.

С изображением не так две вещи (про которые я знаю)
а) газовый диск вокруг дыры вращается и часть диска удаляется от наблюдателя а часть диска приближается с довольно большой (околосветовой) скоростью и свет от вещества диска должен испытывать доплеровский сдвиг и изменение яркости (одна часть диска должна становиться тусклой и смещаться в красный, а другая часть становиться яркой и смещаться в синий).

Есть и третья вещь. Излучение Пенроуза и сопутствующие механизмы. И этот эффект даже сильнее чем эффект Доплера в диске - так что один край диска будет гораздо ярче чем другой, если фотоны получают часть момента импульса от ЧД.

[wandarer]

б) половина вещества диска, падающего на дыру (поскольку есть светящийся диск, вещество диска должно всё время падать на дыру) и половина падающего вещества каким-то образом вылетает из дыры в виде высокоскоростных джетов (механизм образования джетов не очень понятен но сами джеты наблюдаются астрономами). Ни на одной из картинок "дыры со светящимся кольцом газа" джетов нет (а они должны быть).

Вряд ли из дыры что-то  вылетает.
"Образование джета - струи плазмы в окрестности массивной чёрной дыры в галактике Персей А впервые с беспрецедентной точностью визуализировала международная команда исследователей, включающая учёных ФИАН, МФТИ и МГУ. Это стало возможным из-за рекордного углового разрешения космического телескопа проекта «Радиоастрон». Этот факт в копилку модели Блэнфорда-Пейна. В рамках этой модели считается, что формирование горячих выбросов плазмы возможно через крутящий момент самого аккреционного диска. То есть сама черная дыра не играет ключевую роль в формировании джета.  Благодаря  разрешению «Радиоастрона» увидели, что джет сразу стартует широким и имеет цилиндрическую форму. Быть с самого начала широким он может только при условии, если в его формировании значительную роль сыграл аккреционный диск." Этот результат указывает на исключительное значение вклада диска:  http://www.mk.ru/science/2018/04/03/rossiyskie-uchenye-razgadali-taynu-chernoy-dyry-v-galaktike-persey-a.html .

[wandarer]

Есть и третья вещь. Излучение Пенроуза и сопутствующие механизмы. И этот эффект даже сильнее чем эффект Доплера в диске - так что один край диска будет гораздо ярче чем другой, если фотоны получают часть момента импульса от ЧД.

А с какой стати они его получат? За счёт эффекта Лензе-Тирринга? https://nplus1.ru/news/2020/01/31/lensethirring-white-dwarf?ysclid=m5whrfjlg1164141190.