ブラックホールのまわりにドーナッツが見えるわけ

ブラックホールのまわりにドーナッツが見えるわけを中の人に説明してもらった。
EHT ブラックホール
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小谷太郎 @tarokotani
ブラック・ホールのまわりにドーナツが見えるわけを図解してみました。(やや上級者向け) 光源が光学的に薄いプラズマというところが重要です。重力のために光線の経路が長くなると、そこが光学的に厚くなるのです。 pic.twitter.com/SokzAqiphg
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梅本智文 Umemoto 45mよ永遠に @tumemoto
@tarokotani この説明だと光が出てくる領域はかなり内側でも球対称に分布してないといけませんよね。でもその起源が降着円盤だとするとどこから見てもドーナツ状にならないのでは?光子は降着円盤からのものではない?あと重力赤方偏移の効果はどうなるのでしょうか。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani BH前からの測地線上の光学的厚みが小さいというだけでなくて、これに加えてBH前の光子をほぼBHに落ちるっていう重力レンズ効果があるんです。BHが作る時空の歪みを説明するのに使われるBHの側ではどこ見てもBHを見てしまうってやつですね。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani シャドウが見えるのは相対論的粒子がそこから出る光がBHにほとんど吸い込まれる程度の近傍で一番明るく光ってることを示唆しててこれは粒子加速やmicrophysics的な観点では面白い結果です。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani BH前の一番明るいところからの光はBHに吸い取られ、そこからさらに手前のところ(主にジェット)は磁場も電子密度も小さくなってプラズマ自体が光学的に薄くなるっていうのがより丁寧な説明かと。これは理論的には予測されてましたが、我々観測家からすれば大博打で人類はこれに勝ったと思ってます。
梅本智文 Umemoto 45mよ永遠に @tumemoto
@sparse_k @tarokotani ということはドーナツ状構造の光子の起源は降着円盤ではないということなんですか。
梅本智文 Umemoto 45mよ永遠に @tumemoto
@sparse_k @tarokotani ではM87*の周りには光学的に厚い円盤が無い、あるいはかなり暗いという事なんですか?
小谷太郎 @tarokotani
@tumemoto @sparse_k そうなんです。X線でblack hole binaryを見ると、シュヴァルツシルト半径のすぐ近く、〜10^2kmくらいまで光学的に厚い降着円盤があって、thermal X-rayでばりばり光ってるので、今回のoptically-thin non-thermal な降着流に埋め込まれているBHというのは「なんで??🤔🤔」という感じなんです。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani 小谷さんのイラストはなんで我々からみて手前のガスによってBHシャドウが隠されないのという説明をしたいのかと思ってました。僕のレスはそれに関するものであんまりガス流の構造の話は省いてます。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani photon ringがなんですごい明るいかというのは別の話で、あれは光学的な厚みだけじゃなくて重力レンズでシャドウ(光子球)スレスレのところはいろんな方向からの光が重なり合う効果もあります。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani 物の運動の効果を無視すれば、降着円盤から光がこようがジェットから光がこようがどこから見てもそこそこ対称なphoton ringが出来上がるはずです。典型的な例はInterstellarですね。あれは幾何学的に超薄い円盤を真横から見ています。foregroundの円盤は光学的に厚いので横切って見えてますよね。
小谷太郎 @tarokotani
@sparse_k @tumemoto 中の人に解説していただくとたいへん勉強になります。ありがとうございます。
小谷太郎 @tarokotani
@sparse_k @tumemoto 私の図解は簡略化するために色々要素を省いています。プラズマは場所によって厚みを変えて描くと、そのために光学的厚みが変わると誤読される可能性があるので板状(円盤状)に描いてます。「球状ではなく板状だ」と主張しているものではないです。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani photon ringの非対称性は光ってるものの運動の効果が大きいです。ブラックホールの周りはガスの回転速度が非常に速いですし、ブラックホールの回転による時空の引きずりによっても見かけ上速く見えます。Interstellarは意図的にそれを無視しているので対称になってます。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani interstellarの場合は本当はドップラー効果でもっと非対称になります。M87はジェットの見込み角が20度ぐらいなので、より対称に近づきます。
Kazu Akiyama @sparse_k
@tumemoto @tarokotani なので降着流をややface onでみてる形になります。ですのでBHシャドウ前に降着流があるかといえばたぶんあまりないというのが梅本さんに対する答えになる気がします。

コメント

K.Yanagisawa @K_Yana47 2019年4月24日
"ポン・デ・リング"と決着がついたはずではなかったか?
LCO @f_lco 2019年4月24日
光学的に厚い光源の中にBHが居ると、ドーナツではなく、単に光の板(語弊)の中にある黒い点(穴)になるってことかな?
cinefuk 🌀 @cinefuk 2019年4月24日
ブラックホールの #重力レンズ 効果について、自分が思っていた理解と少し違っているのがわかった。この図はわかりやすくて嬉しい! https://t.co/SokzAqiphg
かつま大佐(対象年齢10歳) @kamiomutsu 2019年4月24日
絵が可愛いのに高度すぎて全然分からない…
髭 総理 (Hige Sorry) @PMBeard 2019年4月26日
うむ。そうか。わからん。
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