Bu kara delik fotoğrafında neden eşit olmayan parlak alanlar var?

EHT'den elde edilen veriler kullanılarak oluşturulmuş, yukarıda gösterilen bir kara deliğin yakın zamanda yayımlanan fotoğrafında, alt bölge neden yukarıdaki bölgeden daha parlak? Toplama diskinin dönmesi nedeniyle mi? Ayrıca, toplama diskinin yönü nedir? Başına mı bakıyoruz?

Hayır, toplama diskinin şeklini görmüyorsunuz. Düzlemi neredeyse resmin olmasına rağmen, görülen halkadan çok daha büyük ve daha sönüktür. Bu asimetrinin nedeni neredeyse tamamen Doppler ışınlaması ve kara deliğe çok yakın olan göreceli hızlarda seyahat eden maddede meydana gelen radyasyonu arttırmasıdır. Bu sırayla neredeyse tamamen karadelik dönüşünün yönü ile kontrol edilir . Kara delik, herhangi bir biriktirme diskinin oryantasyonundan bağımsız olarak materyali ve manyetik alanları toplar.

Beşinci olay ufku teleskop kağıdından aşağıdaki resimler işleri netleştiriyor.

Siyah ok, kara delik dönüş yönünü gösterir. Mavi ok, toplanma akışının başlangıçtaki dönüşünü gösterir. M87'nin jeti az çok Doğu-Batı (sayfaya yansıtılıyor), ancak sağ taraf Dünyaya doğru işaret ediyor. Kara deliğin spin vektörünün bununla aynı hizada (veya anti-hizalı) olduğu varsayılmaktadır.

İki sol el bölgesi gözlemlerle uyum gösteriyor. Ortak noktalarından biri, karadelik dönüş vektörünün çoğunlukla sayfa içine girmesidir (jet ile hizalı). Gaz aynı şekilde dönmeye zorlanır ve kara deliğin güneyinde bize ve kara deliğin kuzeyinde bize doğru öngörülen göreceli harekete neden olur. Doppler artırma ve ışınlama gerisini halleder.

Makalenin dediği gibi:

halkadaki tepe akısının konumu kara delik dönüşü tarafından kontrol edilir: dönüş vektörünün gökyüzü üzerindeki çıkıntısından her zaman saat yönünün tersine yaklaşık 90 derece uzanır.

Son zamanlarda cevapta güncellemeye değecek bazı bilgiler var (telefonumda MathJax yazmakta zorlanmanıza rağmen). Minimal olarak bu bilim adamlarının yayınladıklarını geliştiremediğim için alıntı yaptım. Önceki düzenlemeler bu eklemenin altında kalır.

Kağıt "olarak da gözlenen bükülmüş ışıktan M87 kara deliğin dönüş ölçümü Fabrizio Tamburini Bo Thide, ve Massimo Della Valle tarafından" (2019 Nisan 16), bunlar 2. sayfada açıklamak:

... Bu veri setine uygulanan görüntüleme teknikleri, saat yönünde dönüşlü asimetrik bir halkanın ve net bir merkezi parlaklık depresyonu gösteren “hilal” bir geometrik yapının varlığını ortaya koyuyor. Bu, kara delik gölgesini çevreleyen lensli emisyonun hakim olduğu bir kaynağı belirtir.

İki veri setinin analizinden, bu asimetri parametrelerini elde çağ 1 = 1.417 ve = Bunlar spiral spektrumda bir ortalama asimetri vermek çağ 2 için 1.369 o ile uyum içinde 1.393 ± 0.024 = Sayısal simülasyonlarımız, = 1.375, bir Kerr kara deliğinin Einstein halkası tarafından0.9 ± 0.1 bir dönme enerjisine karşı gelen, veerg olup, yayılan enerji karşılaştırılabilir parlak quasars (~ 500 Trilyon$q_1$$q_2$$\bar{q}$$q_{num}$$\boldsymbol{a} \textbf{~}\!$ $^{[10]}$$\textbf{10}{^\textbf{64}}\!$ $\odot$) bir Gyr (milyar yıl) zaman ölçeğinde ve yaklaşma jeti ile görüş hattı arasında = 17 ° eğim, eğim akışının açısal momentleri ve anti-hizalanmış kara deliğin, m. . 5.$i$

Bu sonuç, DIFMAP’ın 11 Nisan 2017’de, = 1.401, EHT = 1.361 ve SMILI, = 1.319, ile genlik ve faz parsellerinin referans boru hattı görüntülerinin analiz sonuçları ile iyi bir uyum içinde o gün için , TIE ve > 0 ile tahmin edilen dönem 2 değerinden 0,09'a sapan, ortalama bir = 1,360 değeri , saat yönünde dönüşü onaylar. Spiral spektrum Şekil 2'de bildirilmiştir.$q$$q$$q$$^{[6]}$$\bar{q}$$q$

Daha sonra, bir eğim ve dönme parametrelerinin ve değerlerinin farklı değerleri için Tablo I'in sayısal örneğinde bildirildiği gibi, çeşitli modellerin asimetri parametresi ile doğrusal bir enterpolasyonla elde edilenler karşılaştırılarak rotasyon parametresi belirlenir . Sonuçlar Şekil 1'de gösterilmektedir.$a$$q$$i$$q$

[1]Fabrizio Tamburini, Bo Thidé, Gabriel Molina-Terriza ve Gabriele Anzolin, “Dönen kara deliklerin etrafındaki ışık bükülmesi” Nature Phys. 7, 195–197 (2011).
[4]EHT Collaboration ve diğerleri, “Merkezi süper kütleli kara deliğin görüntülenmesi” Astrophys. J. Lett. 875, L4 (52) (2019), İlk M87 Olay Ufku Teleskopu Sonuçları IV.
[5]EHT Collaboration ve diğerleri, “Asimetrik halkanın fiziksel orijini,” Astrophys. J. Lett. 875, L5 (31) (2019), First M87 Event Horizon Telescope Sonuçları V.
[6]EHT İşbirliği ve diğerleri, “Merkezi kara deliğin gölge ve kütlesi,” Astrophys. J. Lett. 875, L6 (44) (2019), İlk M87 Olay Ufku Teleskopu Sonuçları VI.
[10]Demetrios Christodoulou ve Remo Ruffini, “Dolu bir kara deliğin tersinir dönüşümleri” Phys. Rev. D 4, 3552-3555 (1971).
[29]Bin Chen, Ronald Kantowski, Xinyu Dai, Eddie Baron ve Prasad Maddumage, “Kerr uzay-zamanında polarizasyon dahil güçlü yerçekimi merceklemesine yönelik algoritmalar ve programlar” Astrophys. J. Suppl. Ser. 218, 4 (2015).

Şekiller:

Şekil 1. Deneysel sonuçlar . Gözlemcinin yönü boyunca alan bileşenleri ve epoch 1 ve epoch 2 için TIE yöntemiyle elde edilen spiral spektrumlar . Her iki spiral spektrumdaki = 1 ve = −1 bileşenleri arasındaki asimetri , M87'deki kara deliğin dönüşünü ortaya koymaktadır. Aynı zamanda, elektromanyetik girdap sonlu frekans bant genişliği parlaklık sıcaklığından ekstre EM alan şiddetlerinin TIE analizinden yeniden gösterir sahip siyah bir deliğin bükülmüş mercekleme ile uyumlu olan bir gözlemci için yayılma yönü boyunca bileşenleri = 0.9 ± 0,1 döndürülerek saat yönünde dönerek Dünya'dan ve işaret yarıçaplı bir Einstein halkası$m$$m$$a$$R_g$Tutarsız emisyonların hakim olduğu bir EHT analizi ile belirtildiği gibi = 5. Tüm günler için, halka özelliklerinin çapları dar 38-44--ark saniye aralığındadır ve halkanın gözlenen tepe parlaklık sıcaklığı ∼ 6 × 10 K'dir. Diğer bileşenler ( ve ) TIE denklemlerinden türetilen EM alanının baskın bir OAM bileşeni göstermediği görüldü. Bu bekleniyor .$T$$^9$$^{[6]}$$x$$y$$^{[1]}$

Şekil 2. DIFMAP, EHT ve SMILI veri analizlerinden ve KERTAP'ten sayısal simülasyonlardan elde edilen sonuçlar . İlk üç ek, 11 Nisan 2017 için üç referans borusu görüntüsünden SMILI, EHT görüntüleme ve DIFMAP den elde edilen deneysel spiral spektrumlarını göstermektedir . Görünürlük genliğini ve fazını vektör taban çizgisinin bir fonksiyonu olarak temsil ederler. Tüm veri kümelerinde asimetri parametresi, spiral spektrumdaki = 1 ve = −1 tepe değerleri arasındaki oran , saat yönünde dönmeyi belirten > 1'dir: kara deliğin dönüşünün Dünya'dan ve bir eğimden uzağa işaret ettiği görülür yaklaşan jet ve görüş hattı arasındaki$^{[4]}$$m$$m$$q$$i$= 17 ° (eğim ile benzer bir geometriye eşdeğerdir = 163 °, ancak burada toplanma akışının ve BH'nin açısal momentumunun hizalı olduğu) ( solda ). Dördüncü ek : radyal alanın bileşeninin normalleştirilmiş yoğunluğundan ve fazından elde edilen KERTAP ile sayısal simülasyonların spiral spektrumu, Γ ile ısıl işlem uygulanmış karadelik birikimi diskinin uzaysal olarak çözülmüş bir görüntüsünden yayılır. = 2. Radyasyon emisyonunun tutarlılığı χ, = 0 ve arasındaki oran ile tanımlanır.$i$$^{[29]}$$z$$m$$m$= Spiral spektrumda = 1 tepe. Χ ne kadar düşük olursa, emisyondaki tutarlılık da o kadar yüksek olur. SMILI, EHT görüntüleme ve DIFMAP'ın deneysel spiral spektrumları radyasyon emisyonunda daha yüksek tutarlılık göstermektedir (χ = 1.198, χ = 1.798) ve (χ = 1.107) = 2 (χ = 5.029) güç spektrumuna sahip basitleştirilmiş bir termal disk diskin benzetilmiş modeline ve dalga cephesinin TIE inşasında elde göre (with Şekil 1'deki = 13.745 ve χ = 14.649). Asimetri olsa bile$_\text{SMILI}$$_\text{EHT}$$_\text{DIFMAP}$$_\text{KERTAP}$$_\text{ep1}$$_\text{ep2}$$q$ iyi korunmuşsa, TIE yöntemi, dalga cephesinin ardışık veri toplama işlemleriyle bir günden çok daha kısa bir zaman aralığıyla ayrılarak geliştirilebilir ve bu nedenle kaynak emisyonu hakkında daha iyi bilgi sağlayabilir.

Bu makale, incelemeye değer oldukça fazla bilgi ve çizimler içermektedir. Beni yukarıdaki bilgilere yönlendiren bağlantı için teşekkür ederim Jack R. Woods .

Önceki düzenleme :

Makalede: " İlk M87 Olay Ufku Teleskopu Sonuçları. V. Asimetrik Halkanın Fiziksel Kökeni ", (Nis 10 2019), The Event Horizon Teleskop İşbirliği, Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Anne-Kathrin Baczko, David Ball, Mislav Baloković, John Barrett ve ark., Yakın zamanda yayınlanan birkaç makalenin birinde şöyle açıklıyorlar:

(4) Yüzük güneyde kuzeyden daha parlaktır. Bu, kaynaktaki hareket ve Doppler ışın demeti ile açıklanabilir. Basit bir örnek olarak, v hızı ile dönen parlak, optik olarak ince bir halka ve görüş hattına i> 0 ° 'lik bir görüş açısında eğimli bir açısal momentum vektörü göz önünde bulunduruyoruz. Daha sonra, halkanın yaklaşan tarafı Doppler arttırılır ve geri kalan taraf Doppler soluktur, v göreceli ise düzen birliği yüzey parlaklığı kontrastı oluşturur. M87'deki büyük ölçekli jetin yaklaşan tarafı batı-kuzeybatıya yönelmiştir (pozisyon açısı Paper VI’da buna denir. ) veya görüntüde sağa ve biraz yukarı.$\mathrm{PA}\approx 288^\circ ;$${\mathrm{PA}}_{\mathrm{FJ}}$

Bu rapordaki Şekil 5, Rob Jeffries cevabına dahil edilmiştir.

Ulaştıkları sonuç, kısmen:

"... Bu karşılaştırmanın sonuçları, M87'deki kompakt 1,3 mm emisyonun birkaç içinde ortaya çıktığı hipotezi ile tutarlıdır.${r}_{{\rm{g}}}$bir Kerr kara deliğinin ve görüntünün halka benzeri yapısının güçlü yerçekimi merceklenmesi ve Doppler ışınımı tarafından üretilmesi. Modeller, görüntünün asimetrisinin karadelik dönüşüne bağlı olduğunu tahmin ediyor. Bu yorum doğruysa, M87'deki kara deliğin döndürme vektörü Dünya'dan uzağa işaret eder (kara delik gökyüzünde saat yönünde döner). Modeller ayrıca kara deliğin kutuplarından uzağa yönlendirilmiş güçlü bir enerji akısı olduğunu ve bu enerji akısının elektromanyetik olarak hakim olduğunu tahmin ediyor. Modeller doğruysa, M87 jetinin merkezi motoru Blandford-Znajek işlemi ile karadelik dönüşüyle ​​ilişkili serbest enerjinin elektromanyetik olarak çıkarılmasıyla sağlanır. "

İlk Taslak :

Makale: " Egzotik kompakt cisimlerin ergensizlik dengesizliği: elektromanyetik ve yerçekimsel bozulmalar ve emilimin rolü ", (15 Şubat 2019), Elisa Maggio, Vitor Cardoso, Sam R. Dolan ve Paolo Pani, bunun dönme nedeniyle olduğunu açıklıyor Sayfa 10'daki üstünlük :

"... kararsızlık, foton-küre bariyeri içerisinde sıkışıp kalan ve süper ışınımlı saçılma ile güçlendirilen dalgalar açısından anlaşılabilir. R. Brito, V. Cardoso ve P. Pani, Ders Notları Phys. 906 , sayfa 1 (2015), arXiv: 1501.06570 .$^{[43]}$
[43]

" Üstünlük " makalesinde (yukarıda) oldukça uzun, belki de daha ulaşılabilir. Penrose Süreci'ni açıkladıkları 38. sayfada, muhtemelen bunun anlaşılmasını kolaylaştıran bir şema sunar:

"Şekil 7: Orijinal Penrose işlemlerin resimsel görünüşüdür enerji E ile bir parçacık. iki parçacık, negatif enerji E içine bozunmaktadır ergosphere içinde bh düşen <0, ikinci parçacık, bir enerji ile sonsuza kaçar ise orijinal parçacıktan daha yüksek, E > E . ".$_0$$_2$$_1$$_0$

Sayfa 41'den:

"Şekil 8: Penrose işleminin karusel analojisi. Bir vücut neredeyse istirahatten dönen bir silindire düşer, yüzeyi yapıştırıcı ile püskürtülür. Yüzeyde, vücut silindirle birlikte dönmeye zorlanır (bu nedenle BH'nin analogudur. ergosfer, ötesinde hiçbir gözlemcinin sonsuzluğa göre sabit kalamayacağı yüzey) ergorejiyonun negatif enerji durumları, yapışkan yüzeyle ilişkili potansiyel enerji tarafından oynanır, şimdi yarı nesnenin (kırmızımsı) ilkinden ayrılması durumunda yarısı (sarımsı), başlangıçta olduğundan daha fazla (kinetik) enerjiyle sonsuzluğa erişecek, sistemden dönme enerjisini çıkaracak. "

Daha karmaşık bir model, sorulanın ötesinde olduğuna inanılıyor, sayfa 46'dan:

"Şekil 9: Farklı çarpışmalı Penrose işlemlerinin resimsel görünümü. Sol: giren radyal momentumlu ilk parçacıklar (p <0 ve p <0). Parçacık 3, ilk giren radyal momentuma sahiptir, ancak sonunda bir dönme noktası bulur ve Sonsuza kadar kaçar.Bu için maksimum verim oldukça mütevazı olduğu gösterilmiştir η ∼ 1.5 Sağ: p > 0 ve p <0 olan ilk parçacıklar. durum parçacığı 1 içinde p > 0 olmalıdır, bu işlem için verim aşırı BH'ler için sınırsız olabilir .$^r _1$$^r_2$$^{[168, 169, 170, 171]}$$^r_1$$^r_2$$^r_1$$^{[172, 173]}$

[168]T. Piran ve J. Shaham, “Dönen Kara Delik Ufuklarına Yakın Çarpışma Penrose Süreçlerinde Üst Sınırlar”, Phys. D16 (1977) 1615-1635.

[169]T. Harada, H. Nemoto ve U. Miyamoto, “En fazla dönen Kerr kara deliğinin yakınında yüksek enerjili çarpışma ve tepkimeden kaynaklanan parçacık emisyonunun üst sınırları,” Phys.Rev. D86 (2012) 024027, arXiv: 1205.7088 [gr-qc].

[170]M. Bejger, T. Piran, M. Abramowicz ve F. Hakanson, “Aşırı Kerr kara deliklerinin ufkuna yakın bir yerde çarpışmalı Penrose süreci”, Phys.Rev.Lett. 109 (2012) 121101, arXiv: 1205.4350 [astro-ph.HE].

[171]O. Zaslavskii, “Kara deliklere yakın parçacık çarpışmalarının enerjileri üzerine: Penrose işlemine karşı BSW etkisi,” Phys.Rev. D86 (2012) 084030, arXiv: 1205.4410 [gr-qc].

[172] JD Schnittman, “Kerr kara deliklerinden enerji çekimi için gözden geçirilmiş bir üst sınır”, arXiv: 1410.6446 [astro-ph.HE].

[173] E. Berti, R. Brito ve V. Cardoso, “Çarpışma Penrose sürecinden ultra yüksek enerjili moloz”, arXiv: 1410.8534 [gr-qc].

170. sayfada (kağıdın sonuna kadar hiçbir yerde) şöyle bir özet vardır:

"Yerçekimi teorilerinde, superdidians Newtonian'da bile tidal ivmeyle yakından ilişkilidir. Relativistik yerçekimi teorileri, olay ufku tek yönlü viskoz bir zar gibi davranan yerçekimi vakum çözümleri BH'nin varlığını öngörmektedir. ve klasik düzeyde bile vakumdan enerji elde etmek için: Yarı klasik etkiler göz önüne alındığında, super -diance bir Schwarzschild BH'den Hawking radyasyonu durumunda olduğu gibi statik konfigürasyonlarda da meydana gelir.

GW'lerin bir eğirme (Kerr) BH ile süper saçılma dağılımının etkinliği% 100'den daha büyük olabilir ve bu fenomen Penrose işlemi, ergorejion kararsızlığı, Blandford-Znajek gibi kompakt nesnelerin eğilmesi ile ilgili diğer önemli mekanizmalarla derinden bağlantılıdır. etkisi ve CFS kararsızlığı. Rotasyonel süperdite laboratuvarda gözlemlemek zor olabilir, ancak BH meslektaşı gözlemsel bir baskı bırakabilecek bir dizi ilginç etki ve dengesizlik ile ilişkilidir. Yüklü BH'ler, daha yüksek boyutlar, asimptotik olmayan düz uzaylar, yerçekiminin analog modelleri ve GR'nin ötesindeki teorileri içeren BH süperditan fenomenlerinin birleşik bir tedavisini sunduk. "

Toplama diskinin etkilerinden birinin çok yüksek hızlarda döndüğünü gördüğümüze inanıyorum. Buna göreceli ışınlama denir ve bunun nedeni, göreceli hızlarda (örneğin, 2c'ye kadar) hareket eden partiküllerin (örneğin, 2c'nin üzerinde olması), hareket yönüne doğru bir koni içinde radyasyonlarını tercihen yayma eğiliminde olmalarıdır. .

Bu, resmin altındaki maddenin (en parlak lekeler) bize doğru gittiğini ve daha koyu kısımların uzaklaştığını gösteriyor. Kara delik kendi etrafında ışık çarpma eğiliminde olduğundan, toplama diskinin oryantasyonunun fotoğrafından emin değilim.