このブラックホールの写真になぜ不均一な明るい領域があるのですか？

EHTのデータを使用して作成された、最近公開された上記のブラックホールの写真では、下の領域が上の領域よりも明るいのはなぜですか？降着円盤の回転が原因ですか？また、降着円盤の向きは何ですか？正面から見ていますか？

いいえ、降着円盤の形は見えません。その平面はほぼ写真の平面ですが、見られるリングよりもはるかに大きくて暗いです。この非対称性の理由は、ほぼ完全に、ドップラービームと、ブラックホールに非常に近い相対論的速度で移動する物質で発生する放射のブーストによるものです。これは、ブラックホールスピンの向きによってほぼ完全に制御されます。ブラックホールは、降着円盤の向きに関係なく、材料と磁場を一掃します。

5番目のイベント水平線望遠鏡の紙からの以下の写真は、物事を明確にします。

黒い矢印は、ブラックホールスピンの方向を示しています。青い矢印は、降着流の最初の回転を示しています。M87のジェットは多かれ少なかれ東西（ページに投影されています）ですが、右側は地球に向かっています。ブラックホールのスピンベクトルはこれと整列（または反整列）していると想定されます。

2つの左側のプロットは、観測との一致を示しています。彼らが共通しているのは、ブラックホールスピンベクトルのほとんどがページ内にあることです（ジェットとの位置合わせがずれています）。ガスは同じように強制的に回転させられ、ブラックホールの南側でブラックホールの北側から離れる方向への相対論的運動が予測されます。ドップラーブーストとビーミングが残りを行います。

紙が言うように：

リング内のピークフラックスの位置は、ブラックホールスピンによって制御されます。これは、空へのスピンベクトルの投影から常に反時計回りに約90度の位置にあります。

答えを更新する価値があるいくつかの最近の情報があります（私の電話でMathJaxを入力するのは困難ですが）。これらの科学者が発表したものを改善できなかったので、最小限の引用をしました。以前の編集はこの追加の下に残ります。

Fabrizio Tamburini、BoThidé、およびMassimo Della Valleによる論文「観測されたねじれた光からのM87ブラックホールのスピンの測定」（2019年4月16日）では、2ページで説明しています。

...このデータセットに適用されたイメージング技術は、時計回りに回転する非対称リングの存在と、明確な中心輝度の低下を示す「三日月形」の幾何学的構造を明らかにします。これは、ブラックホールの影を取り囲むレンズ付き放射が支配的なソースを示しています。

二つのデータセットの分析から、我々は非対称パラメータ取得$q_1$ = 1.417は、エポック1とするため$q_2$ = 1.369エポック2についてそれらが螺旋スペクトルにおける平均非対称与える$\bar{q}$のそれと一致= 1.393±0.024を我々の数値シミュレーション、$q_{num}$ = 1.375、とカーブラックホールのアインシュタインリングによって放射された部分的にインコヒーレント光の〜$\boldsymbol{a} \textbf{~}\!$ 0.9±0.1、回転エネルギー[ 10 ]に対応ergは、Gyr（10億年）のタイムスケールで最も明るいクエーサー（〜500兆）が放射するエネルギーに相当し、角度が接近するジェットと視線の間の傾き = 17°で、降着の流れとブラックホールの反整列、参考文献で説明されているように時計回りの回転を示します。5。$^{[10]}$$\textbf{10}{^\textbf{64}}\!$ $\odot$$i$

この結果は、 = 1.401、EHT = 1.361およびSMILI、 = 1.319、のDIFMAPの2017年4月11日の振幅および位相プロットの基準パイプライン画像の分析結果とよく一致していますその日の平均値 = 1.360を与えます。これは、TIEと > 0で推定されたエポック2の値から0.09の偏差があり、時計回りの回転を確認します。スパイラルスペクトルは図2に報告されています。$q$$q$$q$$^{[6]}$$\bar{q}$$q$

次に、傾斜および回転パラメーターおよび異なる値について表Iの数値例で報告されているように、線形補間によって得られたものをさまざまなモデルの非対称パラメーターと比較することにより、回転パラメーター決定します。結果を図1に示します。$a$$q$$i$$q$

[1]Fabrizio Tamburini、BoThidé、Gabriel Molina-Terriza、Gabriele Anzolin、「回転するブラックホールの周りの光のねじれ」Nature Phys。7、195–197（2011）。
[4]EHT Collaborationら、「中央の超巨大ブラックホールのイメージング」Astrophys。J.レット。875、L4（52）（2019）、最初のM87 Event Horizo​​n望遠鏡の結果IV。
[5]EHT Collaborationら、「非対称リングの物理的起源」、Astrophys。J.レット。875、L5（31）（2019）、最初のM87イベントHorizo​​n望遠鏡の結果V.
[6]EHT Collaboration et al。、「中央ブラックホールの影と質量」、Astrophys。J.レット。875、L6（44）（2019）、最初のM87 Event Horizo​​n望遠鏡の結果VI。
[10]Demetrios ChristodoulouおよびRemo Ruffini、「荷電ブラックホールの可逆的変換」、Phys。改訂D 4、3552-3555（1971）。
[29]Bin Chen、Ronald Kantowski、Xinyu Dai、Eddie Baron、Prasad Maddumage、「偏光を含むカー時空での強い重力レンズ効果のアルゴリズムとプログラム」、Astrophys。J.サプル Ser。218、4（2015）。

図：

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

$^{[4]}$$m$$m$$q$$i$$i$$^{[29]}$$z$$m$$m$$_\text{SMILI}$$_\text{EHT}$$_\text{DIFMAP}$$_\text{KERTAP}$$_\text{ep1}$$_\text{ep2}$$q$ TIEメソッドは、1日よりもはるかに短い時間間隔で区切られた波面の連続データ収集により改善されるため、ソース放射に関するより良い情報を提供する可能性があります。

その論文には、検討に値する追加の情報と図がかなり含まれています。上記の情報に私を導いたリンクについて、Jack R. Woodsに感謝します。

前の編集：

論文：「最初のM87イベントホライズン望遠鏡の結果。V 。非対称リングの物理的起源」（2019年4月10日）、The Event Horizo​​n Telescope Collaboration、秋山和典、アントクソンアルベルディ、ウォルターアレフ、浅田ada一、レベッカアズレイ、 Anne-Kathrin Baczko、David Ball、MislavBaloković、John Barrettなどは、最近発表されたいくつかの論文の1つで次のように説明しています。

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

その論文の図5は、Rob Jeffriesの回答に含まれています。

彼らが到達した結論の一部は次のとおりです。

"...この比較の結果は、M87のコンパクトな1.3 mm放射が数以内に生じるという仮説と一致しています。${r}_{{\rm{g}}}$カーブラックホール、および画像のリング状構造は、強い重力レンズ効果とドップラービーム生成によって生成されます。モデルは、画像の非対称性がブラックホールスピンの感覚に依存することを予測しています。この解釈が正確であれば、M87のブラックホールのスピンベクトルは地球から離れた方向を向いています（ブラックホールは空で時計回りに回転します）。モデルはまた、ブラックホールの極から離れる方向に向けられた強いエネルギーフラックスがあり、このエネルギーフラックスが電磁的に支配されることを予測します。モデルが正しい場合、M87ジェットの中央エンジンは、Blandford-Znajekプロセスによるブラックホールスピンに関連する自由エネルギーの電磁抽出によって駆動されます。」

最初のドラフト：

記事「Ergoregionのエキゾチックコンパクトオブジェクトの不安定：電磁重力摂動及び吸収の役割」、（2019年2月15日）、ELISAマッジョ、ビトーカルドーゾ、サムR.ドラン、およびパオロパニによっては、これはのためであると説明した回転 10ページのスーパーラディアンス：

$^{[43]}$
[43]

記事「スーパーラディアンス」では、（上記）かなり長い間、よりずっと親しみやすいかもしれません。ペンローズプロセスを説明する38ページでは、おそらくこのことを理解しやすくする図を提供しています。

$_0$$_2$$_1$$_0$

41ページから：

「図8：ペンローズプロセスのカルーセルの類推。体はほぼ静止状態から回転シリンダーに落下し、その表面に接着剤が吹き付けられます。表面では、ボディはシリンダーと一緒に回転します（BHエルゴスフィア、これを超えると観測者が無限に静止できない表面）エルゴ領域の負のエネルギー状態は、粘着性の表面に関連付けられたポテンシャルエネルギーによって再生されます。半分（黄色​​がかった）の場合、初期よりも多くの（運動）エネルギーで無限に到達し、システムから回転エネルギーを抽出します。」

46ページ以降の、さらに複雑なモデルは、求められているものを超えていると考えられています。

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

[168]T.ピランとJ.シャハム、「回転するブラックホールの地平線の近くの衝突ペンローズプロセスの上限」、Phys.Rev。D16（1977）1615–1635。

[169]T. Harada、H。Nemoto、およびU. Miyamoto、「最大回転Kerrブラックホール付近での高エネルギー衝突および反応からの粒子放出の上限」、Phys.Rev。D86（2012）024027、arXiv：1205.7088 [gr-qc]。

[170]M. Bejger、T。Piran、M。Abramowicz、およびF. Hakanson、「極度のカーブラックホールの地平線に近い衝突ペンローズプロセス」、Phys.Rev.Lett。109（2012）121101、arXiv：1205.4350 [astro-ph.HE]。

[171]O. Zaslavskii、「ブラックホール付近での粒子衝突のエネルギー論について：BSW効果とペンローズプロセス」、Phys.Rev。D86（2012）084030、arXiv：1205.4410 [gr-qc]。

[172] JD Schnittman、「カーブラックホールからのエネルギー抽出の修正された上限」、arXiv：1410.6446 [astro-ph.HE]。

[173] E. Berti、R。Brito、およびV. Cardoso、「衝突ペンローズプロセスからの超高エネルギーデブリ」、arXiv：1410.8534 [gr-qc]。

次のことを説明する要約が170ページにあります（論文の終わり近くにはありません）。

「重力理論では、スーパーラディアンスはニュートンレベルでも潮acceleration加速と密接に関連しています。相対論的重力理論は、BHの存在を予測します。その重力場は、イベントホライズンが一方向粘性膜として振る舞います。半古典的効果を考慮すると、シュワルツシルトBHからのホーキング放射の場合のように、静的構成でも超放射が発生します。

回転（カー）BHによるGWの超放射散乱の効率は100％を超える可能性があり、この現象は、ペンローズプロセス、エルゴ領域の不安定性、ブランドフォードズナジェックなど、回転するコンパクトオブジェクトに関連する他の重要なメカニズムに深く関係しています効果、およびCFSの不安定性。回転超放射は実験室で観察するのが難しいかもしれませんが、そのBHカウンターパートは多くの興味深い効果と不安定性に関連しており、観察の痕跡が残る場合があります。荷電BH、高次元、非漸近的に平坦な時空、重力のアナログモデル、GRを超える理論を含むBH超放射現象の統一された処理を提示しました。」

降着円盤が非常に高速で回転することの影響の1つを見ていると思います。これは相対論的ビーミングと呼ばれ、相対論的速度（たとえば、.2c以上）で移動している粒子（この場合は降着ディスク内の物質）が優先的に放射を円錐状に運動方向に放出する傾向があるために発生します。

これは、写真の一番下にある物質（最も明るい塊）が私たちに向かって移動し、暗い部分が遠ざかっていることを示唆しています。ブラックホールはそれ自体の周りで光を歪ませる傾向があるため、降着円盤の向きの写真からはわかりません。