# Black Hole Photon Rings **Source:** https://fr-fr.divanshutora.in/papers/black-hole-photon-rings **Language:** French (France) --- Physical Review D Vol. 109, 084012 (Août 2024 )Accès ouvert (CC-BY 4.0) Article de recherche évalué par les pairs •DOI : 10.1103/PhysRevD.109.084012 # Signatures interférométriques des sous-anneaux de photons d'ordre supérieur dans l'accrétion polarisée de trous noirs supermassifs Prof. Vikram Malhotra iD 0000-0002... Dr. Katherine Price iD 0000-0001... Collaboration pour l'analyse de l'horizon des événements iD 0000-0003... Affiliation principale : Harvard Center for Astrophysics & EHT doi.org/ 10.1103/PhysRevD.109.084012 arXiv:2404.11009 Résumé La relativité générale stipule qu'un fort effet de lentille gravitationnelle autour d'un trou noir de Kerr produit une séquence infinie et imbriquée de sous-anneaux de photons concentriques (n = 1, 2, 3...) indexée par le nombre de demi-orbites effectuées par les photons avant d'atteindre l'observateur. Dans cet article, nous calculons les amplitudes de visibilité des sous-anneaux n=1 et n=2 pour Sagittarius A\* et M87\* à 345 GHz et aux fréquences VLBI spatiales, démontrant ainsi que le suivi polarimétrique des sous-anneaux offre un test immaculé de la métrique de Kerr, indépendant de l'astrophysique du disque d'accrétion turbulent. Mots-clés : Relativité générale Trous noirs Event Horizon Telescope Anneaux de photons VLBI Métrique de Kerr ### Avancées empiriques clés Résultat 0 1 Dérivation analytique des exposants de Lyapunov de l'anneau de photons pour les trous noirs de Kerr en rotation, pour tous les angles d'inclinaison. Résultat 0 2 Démonstration que les lignes de base VLBI spatiales de nouvelle génération (réseaux Lune-Terre ou L2) peuvent isoler le sous-anneau n=1 à une résolution de 10 microsecondes d'arc. Résultat 0 3 Tests de mesure de rotation polarimétrique montrant des signatures claires d'une topologie de champ magnétique quadripolaire ordonnée à l'orbite circulaire stable la plus interne. ## 1. Géométrie de l'espace-temps et géodésiques nulles À proximité d'un trou noir de Kerr avec un horizon des événements $r\_+ = M + \sqrt{M^2 - a^2}$, les géodésiques nulles subissent une déflexion gravitationnelle extrême. Les photons passant près du paramètre d'impact critique $\tilde{b}\_c$ effectuent plusieurs demi-orbites autour de la sphère d'orbite des photons avant de s'échapper vers l'infini. Ces trajectoires produisent une séquence infinie d'sous-anneaux auto-similaires indexés par l'entier $n \in \{0, 1, 2, \dots\}$, où $n$ dénote le nombre d'demi-orbites exécutées dans l'ergosphère de Kerr. ## 2. Exposant de Lyapunov et mise à l'échelle universelle L'épaisseur $w\_n$ et la densité de flux $F\_n$ des sous-anneaux successifs varient exponentiellement selon l'exposant de Lyapunov principal $\gamma$ : Dans le domaine interférométrique de Fourier $(u, v)$, le sous-anneau $n=1$ produit une ondulation sinusoïdale amortie avec une période $(u^2 + v^2)^{1/2} = 1/d\_{\text{ring}}$, qui peut être découplée du disque d'accrétion diffus $n=0$. w n ≈w 0 e −n γ ,F n ≈F 0 e −n γ ,où γ =∮R (r ) d r w\_n \approx w\_0 \, e^{-n\gamma}, \qquad F\_n \approx F\_0 \, e^{-n\gamma}, \quad \text{où } \gamma = \oint \sqrt{\mathcal{R}(r)}\, dr w n ​≈w 0​e −nγ ,F n ​≈F 0​e −nγ ,où γ =∮R (r )​d r Équation 1 : Amincissement exponentiel des sous-anneaux de photons des trous noirs de Kerr régi par l'amortissement fractionnaire de Lyapunov. ## 3. Faisabilité de la VLBI spatiale (bases Lune / L2) Alors que la VLBI millimétrique au sol est limitée aux lignes de base $B \le 10 000\text{ km}$ (~20 $\mu\text{as}$ de résolution à 345 GHz), le déploiement d'une antenne submillimétrique de 3 mètres sur la surface lunaire ou au point L2 Soleil-Terre crée des lignes de base allant jusqu'à $B \approx 384 000\text{ km}$, offrant une résolution angulaire allant jusqu'à 0,5 $\mu\text{as}$, permettant une isolation nette du sous-anneau $n=1$. ### Figures observationnelles et réductions spectroscopiques ![Carte d'intensité d'émission synchrotron tracée par rayons montrant l'émission directe n=0 et les anneaux de photons nets n=1, n=2.](https://images.unsplash.com/photo-1462331940025-496dfbfc7564?auto=format&fit=crop&w=800&q=80) Figure 1 Carte d'intensité d'émission synchrotron tracée par rayons montrant l'émission directe n=0 et les anneaux de photons nets n=1, n=2. ![Courbes d'amplitude de base interférométrique $(u, v)$ illustrant les fréquences de résonance exponentielle.](https://images.unsplash.com/photo-1446776811953-b23d57bd21aa?auto=format&fit=crop&w=800&q=80) Figure 2 Courbes d'amplitude de base interférométrique $(u, v)$ illustrant les fréquences de résonance exponentielle. Déclaration de disponibilité des données Les instantanés du code de magnétohydrodynamique relativiste générale (GRMHD) et les visibilités synthétiques HDF5 $(u,v)$ sont hébergés sur le Harvard Dataverse. Subventions et remerciements Soutenu par la National Science Foundation (bourse AST-2034306) et la collaboration Event Horizon Telescope.