Pourquoi y a-t-il des zones claires inégales sur cette photo de trou noir?

Dans la photo récemment publiée du trou noir présentée ci-dessus, qui a été créée à l'aide des données de EHT, pourquoi la région inférieure est-elle plus lumineuse que celle ci-dessus? Est-ce à cause de la rotation du disque d'accrétion? Aussi, quelle est l'orientation du disque d'accrétion? Est-ce qu'on le regarde de front?

Non, vous ne voyez pas la forme du disque d'accrétion. Bien que son plan soit presque celui de la photo, il est beaucoup plus grand et plus pâle que la bague visible. La raison de cette asymétrie est presque entièrement due au faisceau Doppler et à l’augmentation du rayonnement de la matière voyageant à des vitesses relativistes très proches du trou noir. Ceci à son tour est presque entièrement contrôlé par l'orientation du spin du trou noir . Le trou noir balaie les matériaux et les champs magnétiques presque indépendamment de l’orientation des disques d’accrétion.

Les images ci-dessous du cinquième télescope d'horizon des événements montrent clairement les choses.

La flèche noire indique la direction de la rotation du trou noir. La flèche bleue indique la rotation initiale du flux d'accrétion. Le jet de M87 est plus ou moins est-ouest (projeté sur la page), mais le côté droit est orienté vers la Terre. On suppose que le vecteur de rotation du trou noir est aligné (ou anti-aligné) avec cela.

Les deux parcelles à gauche montrent un accord avec les observations. Ce qu'ils ont en commun, c'est que le vecteur de rotation du trou noir est principalement dans la page (anti-aligné avec le jet). Le gaz est obligé de tourner de la même manière et entraîne un mouvement relativiste projeté vers nous au sud du trou noir et loin de nous au nord du trou noir. Doppler boosting et rayonnant fait le reste.

Comme le dit le journal:

la position du flux de pointe dans l'anneau est contrôlée par la rotation du trou noir: elle est toujours située à environ 90 degrés dans le sens anti-horaire par rapport à la projection du vecteur rotation dans le ciel.

Il y a des informations récentes qui méritent une mise à jour de la réponse (malgré la difficulté de taper MathJax sur mon téléphone). J'ai cité très peu de choses car je n'aurais pas amélioré ce que ces scientifiques ont publié. Les modifications précédentes restent sous cet ajout.

Dans l'étude " Mesure du spin du trou noir M87 à partir de la lumière torsadée observée " (16 avril 2019) de Fabrizio Tamburini, Bo Thidé et Massimo Della Valle, ils expliquent à la page 2:

... Les techniques d'imagerie appliquées à cet ensemble de données révèlent la présence d'un anneau asymétrique à rotation dans le sens des aiguilles d'une montre et d'une structure géométrique en forme de «croissant» qui présente une nette dépression centrale de la luminosité. Cela indique une source dominée par une émission lenticulaire entourant l'ombre du trou noir.

De l'analyse des deux ensembles de données , nous obtenons les paramètres d'asymétrie $q_1$ = 1,417 pour l' époque 1 et $q_2$ = 1,369 pour l' époque 2. Ils donnent une asymétrie moyenne dans le spectre spirale de $\bar{q}$ = 1,393 ± 0,024 en accord avec celui de nos simulations numériques, $q_{num}$ = 1.375, de lumière partiellement incohérente émise par l'anneau d'Einstein d'un trou noir de Kerr avec $\boldsymbol{a} \textbf{~}\!$ 0,9 ± 0,1 , correspondant à une énergie de rotation [ 10 ] de 10 64$^{[10]}$$\textbf{10}{^\textbf{64}}\!$ erg , ce qui est comparable à l'énergie rayonnée par les plus brillants quasars (~ 500000000000000 $\odot$ ) sur une échelle de temps Gyr (milliards d'années) , et l' inclinaison $i$ = 17 ° entre l'approche de jet et la ligne de visée, avec les quantités de mouvement angulaire de la débit d'accrétion et du trou noir anti-alignés, montrant la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre comme décrit dans la réf. 5

Ce résultat est en bon accord avec les résultats de l'analyse des images de pipeline de référence des diagrammes d'amplitude et de phase du DIFMAP du 11 avril 2017 avec $q$ = 1,401, EHT $q$ = 1,361 et SMILI, $q$ = 1,319, [ 6 ] donnant pour cela jour une valeur moyenne ˉ q = 1,360 qui s'écarte de 0,09 de la valeur de l'époque 2 estimée avec TIE et q > 0 confirme la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Les spectres en spirale sont reportés à la Fig. 2.$^{[6]}$$\bar{q}$$q$

Ensuite, on détermine le paramètre de rotation $a$ en comparant ceux obtenus par une interpolation linéaire au paramètre d'asymétrie $q$ de différents modèles, comme indiqué dans l'exemple numérique du tableau I pour différentes valeurs des paramètres d'inclinaison et de rotation $i$ et $q$ . Les résultats sont illustrés à la Fig. 1.

[1]Fabrizio Tamburini, Bo Thidé, Gabriel Molina-Terriza et Gabriele Anzolin, «Torsion de la lumière autour de trous noirs en rotation», Nature Phys. 7, 195-197 (2011).
[4]EHT Collaboration et al., «Imaging le trou noir supermassif central», Astrophys. J. Lett. 875, L4 (52) (2019), Résultats du premier télescope à horizon d'horizon M87 IV.
[5]EHT Collaboration et al., «Origine physique de l'anneau asymétrique», Astrophys. J. Lett. 875, L5 (31) (2019), Résultats du premier télescope à horizon d'horizon M87. V.
[6]Collaboration EHT et al., «L'ombre et la masse du trou noir central», Astrophys. J. Lett. 875, L6 (44) (2019), Résultats du premier télescope à horizon d'horizon M87 VI.
[10]Demetrios Christodoulou et Remo Ruffini, «Transformations réversibles d'un trou noir chargé», Phys. Rev. D 4, 3552-3555 (1971).
[29]Bin Chen, Ronald Kantowski, Xinyu Dai, Eddie Baron et Prasad Maddumage, «Algorithmes et programmes pour la lentille gravitationnelle forte dans l'espace-temps de Kerr, y compris la polarisation», Astrophys. J. Suppl. Ser. 218, 4 (2015).

Chiffres:

$m$$m$$a$$R_g$$T$$^9$$^{[6]}$$x$$y$$^{[1]}$

$^{[4]}$$m$$m$$q$$i$$i$$^{[29]}$$z$$m$$m$= 1 pics dans les spectres en spirale. Plus le est bas, plus la cohérence de l'émission est élevée. Les spectres expérimentaux en spirale de SMILI, l’imagerie EHT et le DIFMAP montrent une plus grande cohérence de l’émission de rayonnement ($_\text{SMILI}$$_\text{EHT}$$_\text{DIFMAP}$$_\text{KERTAP}$$_\text{ep1}$$_\text{ep2}$$q$ Bien préservée, la méthode TIE peut être améliorée par des acquisitions de données consécutives du front d’onde, séparées par un intervalle de temps beaucoup plus court qu’un jour, et pourrait donc fournir de meilleures informations sur l’émission source.

Ce document contient des informations supplémentaires considérables et des illustrations qui méritent d’être examinées. Merci Jack R. Woods pour le lien qui m'a conduit aux informations ci-dessus.

Edition précédente :

Dans le document: " Premiers résultats du télescope Horizon d'événement M87. V. Origine physique de l'anneau asymétrique ", (10 avril 2019), par La collaboration du télescope Horizon d'événement, Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Anne-Kathrin Baczko, David Ball, Mislav Baloković, John Barrett et al., Dans l'un des nombreux articles récemment publiés, expliquent-ils:

$\mathrm{PA}\approx 288^\circ ;$${\mathrm{PA}}_{\mathrm{FJ}}$

La figure 5 de ce document est incluse dans la réponse de Rob Jeffries.

La conclusion à laquelle ils parviennent, en partie, est:

${r}_{{\rm{g}}}$d’un trou noir de Kerr, et que la structure en anneau de l’image est générée par une forte lentille gravitationnelle et un faisceau Doppler. Les modèles prédisent que l'asymétrie de l'image dépend du sens de rotation du trou noir. Si cette interprétation est exacte, le vecteur de rotation du trou noir dans M87 pointe vers la Terre (le trou noir tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur le ciel). Les modèles prédisent également qu'il existe un fort flux d'énergie qui s'éloigne des pôles du trou noir et que ce flux d'énergie est dominé de manière électromagnétique. Si les modèles sont corrects, le moteur central du jet M87 est alimenté par l'extraction électromagnétique d'énergie libre associée à la rotation des trous noirs via le processus de Blandford – Znajek. ".

Premier brouillon :

L'article: " Instabilité ergorégionale d'objets compacts exotiques: perturbations électromagnétiques et gravitationnelles et rôle de l'absorption ", (15 février 2019), d'Elisa Maggio, de Vitor Cardoso, de Sam R. Dolan et de Paolo Pani explique que cela est dû à la rotation superradiance à la page 10:

$^{[43]}$
[43]

Dans l'article " Superradiance ", (ci-dessus), bien que beaucoup plus long, peut-être beaucoup plus accessible. À la page 38, où ils expliquent le processus de Penrose, ils proposent un diagramme qui facilite probablement la compréhension de ceci:

"Figure 7: Vue illustrée des processus originaux de Penrose. Une particule d’énergie E$_0$$_2$$_1$$_0$

A partir de la page 41:

"Figure 8: L'analogie du carrousel du processus de Penrose. Un corps tombe presque du repos dans un cylindre en rotation, dont la surface est pulvérisée avec de la colle. A la surface, le corps est forcé de co-tourner avec le cylindre (analogue du BH ergosphere, la surface au-delà de laquelle aucun observateur ne peut rester immobile vis-à-vis de l'infini). Les états d'énergie négatifs de l'ergorégion sont joués par l'énergie potentielle associée à la surface collante. Si maintenant la moitié de l'objet (en rougeâtre) est détachée de la première moitié (jaunâtre), il atteindra l’infini avec plus d’énergie (cinétique) qu’au début, extrayant ainsi l’énergie de rotation du système. ".

Un autre modèle plus compliqué, supposé être au-delà de ce qui avait été demandé, à partir de la page 46:

$^r _1$$^r_2$$^{[168, 169, 170, 171]}$$^r_1$$^r_2$$^r_1$$^{[172, 173]}$

[168]T. Piran et J. Shaham, «Limites supérieures des processus collisionnels du pénrose proches des horizons de trous noirs en rotation», Phys.Rev. D16 (1977) 1615-1635.

[169]T. Harada, H. Nemoto et U. Miyamoto, «Limites supérieures de l'émission de particules résultant d'une collision et d'une réaction à haute énergie près d'un trou noir en rotation maximale de Kerr», Phys.Rev. D86 (2012) 024027, arXiv: 1205,7088 [gr-qc].

[170]M. Bejger, T. Piran, M. Abramowicz et F. Hakanson, «Processus collisionnel de Penrose près de l'horizon de trous noirs extrêmes de Kerr», Phys.Rev.Lett. 109 (2012) 121101, arXiv: 1205.4350 [astro-ph.HE].

[171]O. Zaslavskii, «Sur l'énergétique des collisions de particules près des trous noirs: effet BSW versus processus de Penrose», Phys.Rev. D86 (2012) 084030, arXiv: 1205.4410 [gr-qc].

[172] JD Schnittman, «Limite supérieure révisée pour l'extraction d'énergie d'un trou noir de Kerr», arXiv: 1410.6446 [astro-ph.HE].

[173] E. Berti, R. Brito et V. Cardoso, «Débris des très hautes énergies résultant du processus de collision de Penrose», arXiv: 1410.8534 [gr-qc].

Il y a un résumé à la page 170 (loin de la fin du document) qui explique:

"Dans les théories gravitationnelles, le superradiance est intimement liée à l'accélération des marées, même au niveau newtonien. Les théories gravitationnelles relativistes prédisent l'existence de BHs, des solutions de vide gravitationnel dont l'horizon des événements se comporte comme une membrane visqueuse unidirectionnelle. Cela permet la superradiance dans les espaces-temps BH. , et pour extraire l’énergie du vide, même au niveau classique Lorsque des effets semi-classiques sont pris en compte, la superradiance se produit également dans des configurations statiques, comme dans le cas du rayonnement de Hawking d’une Schwarzschild BH.

L'efficacité de la diffusion superradiante de GW par un BH en rotation (Kerr) peut être supérieure à 100% et ce phénomène est profondément lié à d'autres mécanismes importants associés aux objets compacts en rotation, tels que le processus de Penrose, l'instabilité de l'ergorégion, le système de Blandford-Znajek. effet, et l'instabilité CFS. La superradiance rotationnelle peut être difficile à observer en laboratoire, mais sa contrepartie BH est associée à un certain nombre d’effets et d’instabilités intéressants, qui peuvent laisser une empreinte d’observation. Nous avons présenté un traitement unifié des phénomènes superradiants de la BH, comprenant des BH chargées, des dimensions supérieures, des temps-jours non asymptotiquement plats, des modèles analogiques de la gravité et des théories au-delà de la GR. ".

Je crois que l’un des effets du disque d’accrétion tourne à très grande vitesse. C'est ce qu'on appelle le faisceau relativiste , et cela se produit parce que les particules (dans ce cas importantes dans le disque d'accrétion) qui voyagent à des vitesses relativistes (par exemple, à partir de 0,2 ° c), ont tendance à émettre préférentiellement leur rayonnement dans un cône dans la direction du mouvement. .

Cela suggère que la matière au bas de l'image (les plus brillantes blobs) se dirige vers nous et que les parties les plus sombres se déplacent. Comme le trou noir a tendance à déformer la lumière sur lui-même, je ne suis pas sûr de la photo de l'orientation du disque d'accrétion.