광자구

이벤트 호라이즌 망원경으로 촬영한 초고질량 블랙홀 M87*(2017년 포착, 2019년 계산)을 둘러싼 부착 디스크로부터의 전파 방출.광자구는 어두운 그림자(반경이 슈바르츠실트^[1] 반지름의 약 2.6배) 안에 있다.

광자구^[2] 또는 광자원은^[3] 중력이 너무 강해서 광자가 궤도로 이동하도록 강요받는 공간 또는 영역이며, 이것은 때때로 마지막 광자 ^[4]궤도라고도 불린다.안정된 궤도의 하한인 광자구의 반지름은 슈바르츠실트 블랙홀의 경우

r=syslogfrac {3}GM}{c^{2}}=black{3r_{\text{s}}}{2}

$여기$ 서 G는 중력 상수, $M$ 은 블랙홀 질량, $c$ 는 진공 상태에서의 빛의 속도, $r$ 은_s 슈바르츠실트 반지름(이벤트 지평선 반지름)이다. 이 결과의 도출은 아래를 참조한다.

이 방정식은 광자구가 매우 콤팩트한 물체(블랙홀 또는 "초소형" 중성자별^[5])를 둘러싼 공간에서만 존재할 수 있다는 것을 수반한다.

광자구는 사건의 지평선보다 블랙홀의 중심에서 더 멀리 위치해 있다.광자권 내에서는 뒷통수에서 방출된 광자가 블랙홀 주위를 돌고 있을 때 비로소 사람의 눈에 포착돼 뒤통수를 볼 수 있는 광자를 상상할 수 있다.비회전 블랙홀의 경우 광자구는 반지름 3/2r의_s 구이다.광자구 내에 존재하거나 광자구를 가로지르는 안정적인 자유낙하 궤도는 없다.외부 나선형에서 이를 가로지르는 자유 낙하 궤도는 블랙홀로 진입합니다.안쪽에서 그것을 가로지르는 궤도는 무한대로 탈출하거나 다시 블랙홀 안으로 떨어져 나선을 그리며 진입합니다.이 거리보다 작은 장축의 비가속 궤도는 불가능하지만, 광자구 내에서 일정한 가속을 통해 우주선이나 탐사선이 사건 지평선 위를 맴돌 수 있다.

광자구의 또 다른 특성은 원심력(^[6]주: 구심력이 아님) 반전이다.광자권 밖에서는 궤도를 빠르게 돌수록 바깥으로 향하는 힘이 더 커진다.원심력은 모든 속도에서 자유낙하하지 않는 궤도를 포함하여 광자구에서 0으로 떨어집니다. 즉, 물체는 아무리 빠른 속도로 궤도를 돌더라도 무게가 같고 그 안에서 음이 됩니다.광자구 내부에서는 궤도를 더 빨리 돌면 더 큰 무게 또는 더 큰 힘이 발생한다.이는 내부 유체 흐름의 유체 역학에 심각한 영향을 미칩니다.

회전하는 블랙홀은 2개의 광자구를 가진다.블랙홀이 회전할 때, 블랙홀과 함께 공간을 끌고 갑니다.블랙홀에 가까운 광자구는 회전과 같은 방향으로 움직이는 반면, 멀리 떨어진 광자구는 반대로 움직이고 있다.블랙홀의 회전 각속도가 클수록 두 광자구 사이의 거리가 커집니다.블랙홀은 회전축을 가지고 있기 때문에, 이것은 적도 방향으로 블랙홀에 접근하는 경우에만 해당됩니다.블랙홀의 극에서 적도까지와 같이 다른 각도로 접근하면 광자구는 하나밖에 없습니다.이 각도로 접근하면 회전과 함께 또는 반대로 이동할 가능성이 없기 때문입니다.

슈바르츠실트 블랙홀에 대한 유도

슈바르츠실트 블랙홀은 구형 대칭을 가지고 있기 때문에, 원형 광자 궤도의 모든 가능한 축은 동등하고, 모든 원형 궤도는 같은 반지름을 가지고 있다.

이 도출은 다음과 같이 주어진 슈바르츠실트 메트릭을 사용하는 것을 포함한다.

ds^{2}=\left(1-{\frac {r_{\text{s}}{r}}{r}}-\left(1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}\right)^-1},dr^{2}-r^{{\the}(\d},\ta})

일정한 반지름 r(즉, γ-좌표 방향으로 이동)로 이동하는 광자의 경우 d $dr=0$ $dr=0$ { $displaystyle$ dr $=0$ 광자이므로 d $ds=0$ $ds=0$ { $displaystyle$ ds $=0}('$ 빛과 같은 간격')이다.좌표계를 항상 회전하여 $\theta$ $d\theta =0$ {\ $displaystyle \theta }$ 이 $\theta$ (가) $d\theta =0$ 하게 d θ $\theta =\pi /2$ $d\theta =0$ $d\theta =0$ {\ $\theta =\pi /2$ d $\theta$ $=$ $2$ $\theta =\pi /2$ { $displaystyle \theta$ =\ $pi /2}$ $\theta =\pi /2$ 등)할 수 있습니다.

ds, dr 및 dµ를 0으로 설정하면

\displaystyle \left(1-{\frac {r_{\text{s}}{r}}\right) c^{2},dt^{2}=r^{2}\sin ^{2}\theta 、,d\phi ^{2}.}

재배열로 제공

({displaystyle {d\phi}{dt}}=paramfrac {c}{r\sin \theta}}}{\paramrt {1-{\frac {r_{\text{s}}}}{r}}}}}}).}

진행하려면 d ${\frac {d\phi }{dt}}$ ${\frac {d\phi }{dt}}$ t ${\frac {d\phi }{dt}}$ { $displaystyle$ { $frac$ { $d\phi$ } { $dt$ 관계가 ${\frac {d\phi }{dt}}$ 합니다. 찾으려면 반지름 측지식을 사용합니다.

{d^{2}r}{d\display ^{2}}+\Gamma _{\mu \nu }^{r}u^{\mu }u^{\nu }= 0.

소실되지 않음 $\Gamma$ \ $displaystyle$ \ $Gamma }$ - 연결계수는 $\Gamma$ 다음과 같습니다.

{\displaystyle\Gamma_{tt}^{r}=black{c^{2}BB'}{2}},\quad \Gamma _{r}^{r}=-{\frac {B^{-1}B'}{2},\quad \Gamma _{\theta \theta }^{r}=-rB,\quad \Gamma _{\phi \ph }^2-{br}^2-}Br}

$B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ 서 B $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ , B $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ - $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ r \ $displaystyle$ B ' = $secr$ frac { $dB$ } { $dr$ } , \ B $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ = $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ 1 - { \ $frac {$ r _ { \ text { $s$ } } { $r$ } $B'={\frac {dB}{dr}},\ B=1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}$ 。

따라서 광자 방사형 측지선학을 상수 r 및 $\theta$ \ $theta$ 로 처리한다.

{dr}{d\display}}=paramfrac {d^{2}r}{d\display ^{2}}=paramfrac {d\theta}{d\display }= 0.

모든 것을 반지름 측지선 방정식(지름 좌표를 종속 변수로 하는 측지선 방정식)에 대입하면, 우리는 다음을 얻는다.

\flac {d\phi }{dt}}\right}^{2}=black {c^{2}r_{\text{s}}{2r^{3}\sin^{2}\theta}}}}.

이전에 입수한 것과 비교하면

cccrt {r_{\text{s}}{2r}}=ccccrt {1-{\frac {r_{\text{s}}}{r}}}}

여기에 $\theta =\pi /2$ $=$ / 2 $\theta =\pi /2$ { $displaystyle \theta$ =\ $pi /2}$ 라디안을 $\theta =\pi /2$ 삽입했습니다(광자가 궤도를 돌고 있는 중심 질량이 좌표 축의 중심에 위치함을 나타냅니다).그 후, 광자가 $δ(\$ displaystyle \ $phi)$ -좌표선을 $\phi$ 따라 이동하기 때문에 질량이 광자 궤도의 중심에 직접 위치하려면 $\theta =\pi /2$ $=$ / $(\displaystyle \theta$ =\ $pi /$ 2) 라디안을 $\theta =\pi /2$ 가져야 한다.

따라서, 이 최종 표현을 재정렬하면

r=syslogfrac {3}{2}}r_{\text{s}}

그게 우리가 증명하기 시작한 결과야

광자는 커 블랙홀 주위를 돌고 있다.

측면(l) 및 폴(r) 위에서 본 풍경.회전하는 블랙홀은 빛이 일정한 r좌표로 공전할 수 있는 9개의 반경을 가진다.이 애니메이션에서는 = M에 대한 모든 광자 궤도가 표시됩니다.

슈바르츠실트 블랙홀과는 대조적으로 커(회전하는) 블랙홀은 구형 대칭을 가지지 않지만, 광자 궤도에 중대한 영향을 미치는 대칭 축만을 가진다.광자^[3] 궤도 및 광자 원의 상세 및 시뮬레이션을 위한 크래머.적도면에는 서로 다른 보이어-린드퀴스트 반지름을 가진 두 개의 원형 광자 궤도가 있다(프로그레이드와 역행)

({displaystyle r_{\pm}^{\text{s}}\left [1+\cos \leftfrac \frac {2}{3}}\arccos {{frac {pm a }{M}}}\right},},

$a=J/M$ 서 a $a=J/M$ / $a=J/M$ (\ $style$ a $=J/M)$ 은 $a=J/M$ 블랙홀의 ^[7]단위 질량당 각 운동량입니다.다른 일정한 반지름 궤도는 존재하지만,^[7] 그것들은 적도 주변의 위도에서 진동하는 더 복잡한 경로를 가지고 있다.

레퍼런스

^ Frolov, Valeri P.; Zelnikov, Andrei. Introduction to Black Hole Physics. p. 223.
^ Bennett, Jay (April 10, 2019). "Astronomers Capture First-Ever Image of a Supermassive Black Hole". Smithsonian.com. Smithsonian Institution. Retrieved April 15, 2019.
^ ^a ^b Cramer, Claes R. (1997). "Using the Uncharged Kerr Black Hole as a Gravitational Mirror". General Relativity and Gravitation. 29 (4): 445–454. arXiv:gr-qc/9510053. Bibcode:1997GReGr..29..445C. doi:10.1023/A:1018878515046. S2CID 9517046.
^ 2019년 4월 10일 콴타 매거진 '블랙홀 물리학자에게 블랙홀의 광경은 무엇을 의미하는가' : '마지막 광자 궤도'로 알려진 원 위에서 빛이 공전할 수 있는 블랙홀에 가장 가까운 위치에 의해 정의된 영역.
^ 초정밀 중성자별의 특성.
^ Abramowicz, Marek (1990). "Centrifugal-force reversal near a Schwarzschild black hole". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 245: 720. Bibcode:1990MNRAS.245..720A.
^ ^a ^b Teo, Edward (2003). "Spherical Photon Orbits Around a Kerr Black Hole" (PDF). General Relativity and Gravitation. 35 (11): 1909–1926. Bibcode:2003GReGr..35.1909T. doi:10.1023/A:1026286607562. ISSN 0001-7701. S2CID 117097507.

외부 링크

[1] Frolov, Valeri P.; Zelnikov, Andrei. Introduction to Black Hole Physics. p. 223.

[2] Bennett, Jay (April 10, 2019). "Astronomers Capture First-Ever Image of a Supermassive Black Hole". Smithsonian.com. Smithsonian Institution. Retrieved April 15, 2019.

[:0-3] Cramer, Claes R. (1997). "Using the Uncharged Kerr Black Hole as a Gravitational Mirror". General Relativity and Gravitation. 29 (4): 445–454. arXiv:gr-qc/9510053. Bibcode:1997GReGr..29..445C. doi:10.1023/A:1018878515046. S2CID 9517046.

[4] 2019년 4월 10일 콴타 매거진 '블랙홀 물리학자에게 블랙홀의 광경은 무엇을 의미하는가' : '마지막 광자 궤도'로 알려진 원 위에서 빛이 공전할 수 있는 블랙홀에 가장 가까운 위치에 의해 정의된 영역.

[5] 초정밀 중성자별의 특성.

[6] Abramowicz, Marek (1990). "Centrifugal-force reversal near a Schwarzschild black hole". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 245: 720. Bibcode:1990MNRAS.245..720A.

[Teo-7] Teo, Edward (2003). "Spherical Photon Orbits Around a Kerr Black Hole" (PDF). General Relativity and Gravitation. 35 (11): 1909–1926. Bibcode:2003GReGr..35.1909T. doi:10.1023/A:1026286607562. ISSN 0001-7701. S2CID 117097507.

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v t 블랙홀
개요
종류들	BTZ 블랙홀 슈바르츠실트 회전 부과된 가상 쿠겔블리츠 초질량 원시 부정 말라멘트-호가스 시공간
크기	마이크로 극치 전자 스타 마이크로쿼사르 중간 질량 초질량 울트라매시브 활동 은하핵 퀘이사 LQG 블라자르 OVV 저소음 무선 라디오 소리
형성	별의 진화 중력 붕괴 중성자별 관련 링크 톨만-오펜하이머-볼코프 한계 백색왜성 관련 링크 초신성 미크로노바 하이퍼노바 관련 링크 감마선 버스트 쌍성 블랙홀 쿼크 별 X선 쌍성
특성.	중력 특이점 링 특이점 정리 이벤트 호라이즌 광자구 가장 안쪽의 안정적인 원형 궤도 에르고스피어 펜로즈법 블랑포드-즈나예크 과정 부착 디스크 호킹 복사 중력 렌즈 마이크로렌즈 본디 부가 M-시그마 관계 준주기 진동 열역학 베켄슈타인 결합 부소의 홀로그래픽 결합 Imirzi 파라미터 슈바르츠실트 반지름 스파게티화
문제들	블랙홀 상보성 정보의 역설 우주 검열 ER = EPR 최종 파섹 문제 방화벽(물리) 홀로그래픽 원리 노헤어 정리
측정 기준	슈바르츠실트(파생) 커 리스너-노르드스트롬 커-뉴먼 헤이워드
대체 수단	비특정 블랙홀 모형 검은 별 어두운 별 암흑 에너지 별 그라바스타 자기권 영구 붕괴 물체 플랑크 별 큐스타 퍼즈볼
아날로그	광학 블랙홀 소닉 블랙홀
리스트	블랙홀 가장 큰 규모 가장 가까운 퀘이사 마이크로쿼사
관련된	블랙홀의 개요 블랙홀 이니셔티브 블랙홀 우주선 빅뱅 빅 바운스 콤팩트 스타 이국적인 별 쿼크 별 프레온성 중력파 감마선 폭발 전구체 중력 우물 초소형 항성계 막 패러다임 네이키드 특이점 준성 Rossi X선 타이밍 탐색기 초광속 운동 블랙홀 물리학 연표 화이트 홀 웜홀 조수 교란 사건 플래닛 나인
주목할 만한	백조자리 X-1 XTE J1650-500 XTE J1118+480 A0620-00 SDSS J150243.09+11557.3 궁수자리 A* 센타우루스 A 봉황 성단 PKS 1302-102 OJ 287 SDSS J0849+1114 톤 618 MS 0735.6+7421 니브 1 헤라클레스 A 3C 273 Q0906+6930 마르카리안 501 ULAS J1342+0928 PSO J030947.49+271757.31 P172+18
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광자는 커 블랙홀 주위를 돌고 있다.

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