Flamboyan


Sebuah Ring of Kontroversi Sekitar Photo Black Hole

Selama beberapa minggu terakhir saya telah menghabiskan beberapa waktu belajar matematika dari lubang hitam berputar, berbicara dengan rekan-rekan Harvard saya yang ahli dunia pada matematika yang relevan dan fisika, dan belajar dari rekan-rekan yang menghasilkan `foto’ dan menafsirkannya. Jadi saya pikir sekarang saya bisa dengan jelas menjelaskan apa yang paling wartawan dan ilmuwan-penulis punya salah pada saat publikasi foto itu, dan menjelaskan apa foto tersebut dilakukan dan tidak memberitahu us.But dimulai dengan ringkasan situasi yang dapat Anda membaca cepat, dan kemudian datang bagian panjang: langkah-demi-langkah non-teknis penjelasan aspek penting dari lubang hitam 'foto' itu, untuk pengetahuan saya, belum diberikan di mana saja else.If yang tahu massa dan tingkat rotasi dari lubang hitam, dan mengasumsikan persamaan Einstein untuk gravitasi sebagian besar benar, maka persamaan memberitahu kita apa lubang hitam tidak untuk ruang dan waktu dan bagaimana gravitasi bekerja. Para ilmuwan memahami lubang hitam itu sendiri - yang lesung geometris dalam ruang dan waktu - cukup baik.Kami tidak bisa mengamati lubang hitam itu sendiri gravitasi Lubang hitam ini kemudian menyebabkan jalur yang melakukan perjalanan gelombang radio untuk membungkuk, bahkan lebih dari satu lensa kaca akan menekuk jalan cahaya tampak, sehingga di mana hal-hal muncul dalam 'foto' tidak di mana mereka benar-benar berada.Dan simulasi tidak memberitahu Anda di mana hal ini; mereka memberitahu Anda di mana material akan pergi, tapi hanya setelah Anda membuat menebak ke mana terletak di beberapa titik awal dalam waktu. Tidak ada yang tahu pasti seberapa akurat atau menyesatkan simulasi ini mungkin; mereka telah diuji terhadap beberapa pengukuran tidak langsung, tapi tidak ada yang bisa mengatakan dengan pasti kekurangan apa yang mungkin mereka miliki. Simulasi didasarkan pada persamaan dipahami dengan baik, tetapi persamaan harus dipecahkan sekitar, menggunakan metode yang mungkin atau mungkin tidak dibenarkan. Satu-satunya wawasan kita memiliki ke lingkungan yang ekstrim ini berasal dari simulasi komputer dan beberapa lainnya `Foto di magnification.Indeed lebih rendah, jika Anda kebetulan membaca posting saya dengan hati-hati ketika` foto' pertama kali muncul, Anda mungkin memperhatikan bahwa saya cukup samar-samar tentang foton-bola - saya tidak pernah tepat didefinisikan apa itu. Anda akan benar untuk membaca ini sebagai tanda peringatan, karena sesungguhnya saya tidak mendapatkan penjelasan yang jelas itu dari siapa pun. Mempelajari persamaan dan bercakap-cakap dengan rekan-rekan ahli, saya segera tahu mengapa: untuk lubang hitam berputar, lingkup foton tidak benar-benar exist.But mari kita pertama mendefinisikan apa lingkup foton untuk lubang non-rotating hitam! Seperti ekuator Bumi, lingkup foton adalah lokasi, bukan obyek. Lokasi ini adalah permukaan bola imajiner, berbaring baik di luar cakrawala lubang hitam. Pada lingkup foton, foton perjalanan pada orbit lingkaran atau bola khusus di sekitar lubang hitam.Namun, cincin foton tidak tepi apapun bola, umumnya tidak lingkaran sempurna, dan umumnya bahkan tidak sempurna berpusat pada lubang hitam. Sebaliknya, sepotong zona foton akan muncul sebagai `cincin foton‘, terang dan loop yang sangat tipis gelombang radio. Sebaliknya, lubang hitam berputar memiliki lebih besar, lebih luas `foton-zona’ di mana foton bisa memiliki orbit khusus. Tapi Anda tidak akan pernah melihat zona foton keseluruhan dalam setiap gambar dari berputar hitam hole.Ok, baik; tapi kemudian, bisa kita artikan EHT ini `foto’ hanya sebagai menunjukkan cincin foton, kabur oleh ketidaksempurnaan dalam `teleskop’? Meskipun beberapa dari orang-orang EHT telah tampaknya menunjukkan jawabannya adalah "ya", Gralla et al. Tampaknya mungkin bahwa M87bh berputar cukup cepat, sehingga memiliki foton-zona daripada foton-bola, dan gambar itu akan memiliki foton ring.Qualitatively, mereka mencapai sesuatu yang fantastis dalam menunjukkan bahwa ya, objek di pusat M87 benar-benar sebagai kompak dan gelap sebagai sebuah lubang hitam seperti yang diharapkan untuk menjadi! Tapi prestasi kuantitatif utama EHT teleskop adalah pengukuran massa M87bh, dengan presisi yang diklaim sekitar 15%. Itu indah yang EHT bisa membuat gambar yang bisa bepergian putaran internet dengan kecepatan cahaya, dan menghasilkan kegembiraan dibenarkan dan kekaguman bahwa manusia secara tidak langsung bisa mengamati hal yang menakjubkan sebagai lubang hitam dengan massa beberapa miliar Sun-seperti dibintangi.Massa M87bh tidak benar diukur dengan meletakkan penggaris pada ‘foto’ dan mengukur ukuran tempat gelap! Metode yang sebenarnya jauh lebih canggih dari itu, dan saya tidak mengerti dengan baik belum cukup untuk menjelaskan, mengevaluasi atau mengkritik mereka. Semua saya dapat mengatakan dengan keyakinan sekarang adalah bahwa ini adalah pertanyaan penting yang ahli saat ini memperdebatkan, dan konsensus tentang jawabannya mungkin tidak akan tercapai selama beberapa waktu. Orang-orang EHT tentu menyadari masalah ini; simulasi mereka menunjukkan mereka explicitly.It bergantian keluar kesimpulan kualitatif diambil dari kasus non-rotating sebagian besar berlaku dalam kasus berputar juga, setidaknya dalam kasus M87bh seperti yang terlihat dari sudut pandang kami; itu penting karena M87bh mungkin akan berputar pada klip yang sangat baik. Karena cepat-rotating lubang hitam lebih rumit, saya akan mulai menerangi kontroversi dengan melihat sifat-sifat lubang hitam non-rotating, yang juga apa terminologi sedikit Gralla et al.A pertama: untuk lubang hitam berputar ada definisi alam kutub dan khatulistiwa, hanya karena ada untuk Bumi: ada sebuah sumbu rotasi, dan kutub yang mana yang sumbu berpotongan dengan horizon lubang hitam. Untuk lubang hitam non-rotating, tidak ada sumbu tersebut dan tidak ada definisi otomatis seperti itu, tapi itu akan berguna untuk menentukan kutub utara lubang hitam menjadi titik di cakrawala terdekat kita. khatulistiwa adalah lingkaran yang terletak di tengah antara kutub.Dan inilah sesuatu yang luar biasa: sebagian kecil dari cahaya, yang ditujukan hanya begitu, sebenarnya bisa spiral di sekitar lubang hitam sejumlah kali sebelum menuju keluar. Beberapa dari itu, menuju ke dalam, berakhir di lubang hitam, sementara beberapa dari itu kepala luar ke arah pengamat jauh. Gravitasi lubang hitam akan menekuk jalan pendek light.In, Gambar 1 menunjukkan jalur dari gambar langsung langsung, pertama tidak langsung, dan kedua bola lampu saat mereka menuju ke arah lokasi kami di bagian atas gambar. Akan ada gambar langsung - cahaya yang datang langsung ke kita - dari dekat lokasi sebenarnya bola ini, dan sebagainya.Tapi lingkaran yang tidak tepi foton-bola! Secara umum, foton dapat memiliki orbit khusus di wilayah yang luas, yang saya disebut "foton-zona" sebelumnya, dan hanya satu set kecil dari mereka berada di lingkaran ini. Dalam kasus lubang hitam berputar, sesuatu yang sangat mirip yang terjadi ketika Anda sedang melihat lubang hitam dari kutub utara; ada lingkaran khusus maka juga. Anda akan melihat foton dari bagian lain dari zona foton jika Anda melihat lubang hitam tidak dari kutub tetapi dari beberapa sudut lainnya.Kembali ke non-rotating kasus: Apa kamera kita akan melihat, melihat apa yang dipancarkan dari bola lampu, ditunjukkan pada Gambar 2: jumlah tak terbatas semakin squished gambar `tidak langsung', setengah di salah satu sisi lubang hitam di dekat gambar langsung, dan setengah lainnya di sisi lain. Jumlah total cahaya yang datang dari gambar langsung dan gambar langsung pertama bisa besar, tetapi jumlah total cahaya dari gambar tidak langsung yang tersisa biasanya kurang dari 5% dari cahaya dari gambar langsung pertama. Apa yang tidak jelas, tapi benar, adalah bahwa hanya yang pertama dari gambar tidak langsung besar dan cerah; ini adalah salah satu poin utama Gralla et al. itu. Kita bisa, karena itu, memisahkan gambar ke gambar langsung, gambar langsung pertama, dan gambar tidak langsung yang tersisa. Dan, kecuali kita memiliki kamera yang sangat bertenaga tinggi, kita tidak akan pernah memilih gambar-gambar lainnya sampai. Karena itu marilah kita fokus perhatian kita pada gambar langsung dan tidak langsung image.IN pertama ALL MY ANGKA DALAM POST, AS DI LUBANG HITAM `PHOTO 'ITU SENDIRI, WARNA DARI GAMBAR ADALAH TERPILIH sewenang-wenang THE` FOTO' diambil pada TUNGGAL , FREKUENSI NON-TAMPAK GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK: MESKIPUN KITA BISA MELIHAT YANG JENIS RADIO GELOMBANG DENGAN KAMI MATA, IT aKAN MENJADI SATU WARNA, DAN HAL HANYA YANG aKAN BERBEDA DI SELURUH IMAGE INI BRIGHTNESS. DALAM RASA, A HITAM DAN PUTIH IMAGE MUNGKIN lebih jelas konsep, tetapi lebih sulit bagi PROSES MATA UNTUK.
Yang penting, jika kita mempertimbangkan lampu melingkar dengan diameter yang berbeda, maka meskipun gambar langsung mencerminkan perbedaan diameter umbi, gambar tidak langsung pertama semua tentang diameter yang sama, hanya anak laki-laki lebih besar atau lebih kecil dari cincin foton. Gambar tidak langsung yang tersisa semua duduk bersama-sama di radius foton pernyataan ring.These juga pada dasarnya berlaku untuk lubang hitam berputar dilihat dari utara atau kutub selatan; bola melingkar menghasilkan serangkaian gambar lingkaran, dan gambar tidak langsung semua tumpukan lebih atau kurang di atas satu sama lain, membentuk cincin foton. Bila dilihat dari kutub, lubang hitam berputar menjadi cerita yang lebih rumit, tapi selama sudut pandang cukup kecil, perubahan yang relatif kecil dan gambar secara kualitatif agak similar.And apa jika Anda mengganti bohlam melingkar dengan berbentuk cakram bola, semacam bersinar pancake dengan lubang melingkar di tengahnya, seperti pada Gambar 7? Yang relevan karena lubang hitam diperkirakan memiliki `piringan akresi terbuat dari bahan mengorbit lubang hitam, dan akhirnya spiral di. The piringan akresi mungkin menjadi sumber dominan memancarkan gelombang radio pada gambar langsung M87bh.The dari disk lingkaran ini - set lengkap gambar langsung dari seluruh disk - adalah tepi foton-bola untuk lubang non-rotating hitam, dan cincin foton melingkar untuk lubang hitam berputar dilihat dari utara atau kutub selatan. Nah, kita bisa memikirkan disk sebanyak lingkaran konsentris cahaya ditempatkan bersama-sama.Apa kamera kabur lakukan untuk gambar sederhana ini? Anda mungkin berpikir bahwa disk begitu redup dan cincin begitu terang bahwa kamera terutama akan menunjukkan gambar kabur dari terang foton ring.So jika cincin di foto itu hanya cincin foton dari M87bh, Anda akan memiliki cara yang sangat sederhana untuk mengukur massa lubang hitam tanpa mengetahui tingkat rotasi: Anda akan melihat seberapa besar patch gelap, atau ekuivalen, diameter cincin kabur, dan itu akan memberikan jawaban dalam waktu 10%. Tapi itu tempat dekat begitu sederhana jika cincin menunjukkan kabur pertambahan disk, karena sifat pertambahan disk dan penampilan dapat bervariasi lebih dari cincin foton; mereka dapat sangat bergantung pada tingkat rotasi lubang hitam, dan juga pada medan magnet dan rincian lain dari sekitar lubang hitam. diameter foton cincin, dan dengan demikian lebar `bayangan’ juga, hampir tidak tergantung pada kecepatan rotasi dari lubang hitam; mereka bergantung hampir secara eksklusif pada mass.If lubang hitam kita menyimpulkan bahwa EHT adalah melihat campuran disk akresi dengan cincin foton, dengan mantan mendominasi kecerahan, maka ini membuat pengukuran EHT ini massa M87bh ini lebih membingungkan dan bahkan berpotensi tersangka .Selama orang-orang EHT benar menyumbang semua masalah, maka mereka seharusnya dapat benar mengukur massa dan memperkirakan ketidakpastian mereka benar. Saya tertarik untuk mendengar apa yang orang-orang EHT untuk mengatakan tentang hal itu, karena saya argumen yakin mereka telah rinci mendukung prosedur mereka. Jadi itu tidak cukup untuk berdebat foto itu sendiri adalah ambigu; kita harus menyatakan bahwa metode analisis yang lebih halus EHT ini yang cacat. Secara khusus, simulasi EHT ini menunjukkan semua efek yang disebutkan di atas; ada semua ini yang mereka tidak menyadari. Bahkan, mereka tidak benar-benar menggunakan foto sendiri; mereka menggunakan teknik yang lebih halus diterapkan pada data teleskop mereka secara langsung. Tidak ada yang berpendapat bahwa belum, sejauh yang saya aware.The `foto’ mungkin tidak menunjukkan 'cincin foton sekitarnya bayangan.' Itu akan menjadi bagus dan sederhana dan mengesankan yang terdengar, karena mengacu pada sifat dasar dari efek warping lubang hitam pada ruang. Tapi satu hal yang benar jelas sekarang adalah bahwa penulis ilmu pengetahuan hampir seragam punya salah ketika mereka mencoba untuk menjelaskan gambar dua bulan yang lalu. Kita mungkin melihat disk akresi dilengkapi dengan cincin foton, semua bersama-sama kabur, dan wilayah gelap mungkin lebih kecil dari bayangan lubang hitam. Tapi itu terlalu fasih, seperti Gambar 7 dan 9 show.Someday dalam waktu yang tidak jauh, peningkatan pencitraan harus memungkinkan EHT secara terpisah gambar cincin foton dan disk, sehingga keduanya dapat diamati dengan mudah, seperti pada sisi kiri Gambar 9 .Sama seperti cepat samping, apa yang akan Anda lihat jika disk akresi yang ujung-on daripada menghadapi-on? Kemudian, dalam kamera yang sempurna, Anda akan melihat sesuatu seperti gambar terkenal Gargantua, lubang hitam dari Interstellar film - gambar langsung dari tepi depan disk, dan gambar tidak langsung sangat lensanya dari sisi belakang disk, muncul baik di atas dan di bawah lubang hitam, seperti digambarkan pada gambar 11. dan yang mengarah ke gambar Gargantua dari film, juga ditunjukkan pada gambar 11.and sehingga gambar nyata dari sudut pandang ini akan sangat asimetris - cerah di kiri, redup di sebelah kanan - tidak seperti gambar film. Atas saran dari Professsor Jean-Pierre Luminet saya telah menambahkan, di bagian bawah Gambar 10, simulasi sangat awal oleh Jean-Alain Marck yang menunjukkan efek ini. Hal ini membuat bagian dari disk yang berputar ke arah kami cerah, dan bagian berputar menjauh dari kami redup ... Namun, daun gambar film keluar yang penting Doppler-seperti efek 0,1) Seperti yang saya baru saja menekankan, apa berputar lubang terlihat hitam seperti untuk pengamat jauh tidak hanya tergantung pada di mana hal di sekitar lubang hitam terletak tetapi juga pada bagaimana lubang hitam sumbu rotasi berorientasi relatif terhadap pengamat. Seorang pengamat tiang, pengamat khatulistiwa, dan pengamat tiang dekat-melihat hal-hal yang sangat berbeda.Untuk spin tinggi yang cukup, tepi dalam sebuah piringan akresi dapat terletak dalam zona photon, atau bahkan lebih dekat ke lubang hitam dari zona photon; dan ini dapat menyebabkan mengisi-in dari ‘bayangan’. 2) Seperti yang saya sebutkan di atas, bukan foton-bola, ada 'foton-zona' - sebuah wilayah di mana foton khusus ditujukan dapat melakukan perjalanan putaran lubang hitam beberapa times.3) Tergantung pada sudut pandang, gambar tidak langsung disk yang membentuk cincin foton mungkin tidak lingkaran, dan mungkin tidak konsentris dengan gambar langsung dari disk. Hanya bila dilihat dari sepanjang sumbu rotasi akan gambar langsung dan tidak langsung dari disk semua akan melingkar dan konsentris. Kami tidak melihat M87bh pada porosnya, dan bahwa merumitkan lanjut interpretasi dari image.However kabur, saya tahu dari setidaknya empat penyebab potensial asimetri ini, salah satu atau semua yang mungkin memainkan peran, dan derajat asimetri tergantung pada sifat dari disk akresi dan tingkat rotasi dari lubang hitam, yang keduanya saat ini tidak diketahui. Klaim tentang asimetri yang dibuat oleh orang-orang EHT tampaknya, setidaknya untuk saya, harus didasarkan pada asumsi tertentu yang saya, setidaknya, bisa tidak saat memeriksa. 4) Ketika sudut pandang tidak sepanjang rotasi sumbu gambar akan asimetris, lebih cerah pada salah satu sisi dari yang other.I tidak berpikir itu otomatis yang disk ini optik tipis Memang jet tidak selalu optik tipis dan ada beberapa khawatir, sebelum foto itu diambil, bahwa mereka akan mengaburkan cincin foton dan patch gelap sepenuhnya.Dan itu adalah alasan yang sama seperti jawaban untuk pertanyaan ketiga Anda: ada kesenjangan karena ketika Anda terlalu dekat ada ada lagi yang stabil orbit sekitar lingkaran, tetapi set ketidakstabilan di dekat untuk cepat-rotating lubang hitam daripada lambat yang -rotating. Anda "pasti" saran adalah terlalu kuat, namun: partikel di wilayah yang masih di luar cakrawala, sehingga bisa, misalnya, dikemudikan oleh medan magnet dan direntangkan di sepanjang salah satu jet. Yang membutuhkan perhitungan, meskipun tidak satu sulit; Anda dapat menemukannya disebutkan dalam Bardeen, Pers dan Teukolsky kertas aku dikutip. 2) dan 3) Ukuran celah perubahan dalam realitas; itu bukan efek geometris. (source)