Quelle est cette bague qui n'apparaît que maintenant dans les illustrations de trous noirs?

Si vous remarquez, l'espace-temps commence à se déformer près du trou noir, mais à une distance considérable de la surface du trou noir, les images en arrière-plan deviennent ultra-déformées, mais lorsque vous regardez de plus près le trou noir, le la distorsion redevient normale presque comme si rien ne se passait, à l'exception d'un léger effet de lentille fish-eye.

Si l'espace-temps se déforme de façon monotone à l'approche de la surface d'un trou noir, comment cet anneau d'ultra-distorsion existe-t-il? Pourquoi l'image ne semble-t-elle pas encore plus déformée à la surface qu'à cet anneau?

Cela est dû au fait que les photons tournent en fait plusieurs fois autour du trou noir.

Loin du BH, l'image n'est que légèrement déformée. Ce sont des photons qui n'ont que peu dévié.

À mesure que vous vous rapprochez, vous voyez des photons qui s'écartent de plus en plus. À un moment donné, vous verrez des photons qui sont venus de derrière vous, ont contourné le BH et ont frappé votre œil. Finalement, assez près du BH, vous verrez des photons qui ont fait un tour complet à 360 degrés. Le BH agit comme une caméra fisheye.

En regardant de plus en plus près du disque, vous obtenez des photons qui ont fait 1,5 tour, 2 tours, 3 tours et ainsi de suite.

Ce que vous voyez, ce sont des images d'anneaux concentriques, chacune d'entre elles contenant l'image complète de tout ce qui se trouve autour du BH, mais compressée dans un anneau. Il y a essentiellement une infinité d'images concentriques, mais vous ne voyez clairement que les premières d'entre elles.

https://imgur.com/VZnkFxP

Il convient de noter que le disque noir au milieu n'est pas l'horizon des événements. C'est simplement une région de l'espace d'où aucune lumière ne peut atteindre votre œil. L'horizon réel des événements est environ 2x plus petit. On pourrait le considérer comme l'image de l'horizon des événements "agrandi" par la distorsion de l'espace-temps, mais l'analogie n'est pas parfaite.

Un trou noir est, à bien des égards, comme une "lentille" très étrange.

Je sais que vous avez déjà accepté une réponse, mais je veux fournir une réponse plus technique qui s'intéresse davantage à la physique impliquée. Si vous êtes vraiment curieux d'en savoir plus et avez une propension aux mathématiques, je vous suggère de jeter un coup d'œil aux incomparables Conférences sur les lentilles gravitationnelles de Narayan et Bartelmann . Ce sera la base d'une grande partie de ma réponse et, en fait, est la base de nombreux traités ultérieurs sur la lentille gravitationnelle.

Tout d'abord, je tiens à dire que la description de Florin des photons encerclant le trou noir et produisant plusieurs anneaux est une idée correcte et se produit vraiment, mais je ne crois pas que cela soit pertinent pour votre question car ces anneaux ne sont pas visibles sur l'image vous avez posté.

Au lieu de cela, ce que vous voyez est un effet de lentille gravitationnelle par lequel les images d'objets sont déformées, agrandies et dupliquées. Ce qui se passe, en termes simplifiés, c'est que près du trou noir, la métrique spatio-temporelle locale est déformée (en d'autres termes, le trou noir exerce la gravité) en raison de la singularité massive dans le trou noir. Cette déformation de l'espace-temps provoque le pliage du trajet de la lumière, qui autrement se déplacerait le long d'une ligne droite. Il est possible, avec quelques hypothèses de base, de calculer précisément comment l'image d'une source de lumière de fond est déformée.

L'anneau principal et bien défini que vous voyez est connu sous le nom d' anneau d'Einstein . Vous pouvez très bien voir cet anneau dans l'image (simulée) ci-dessous.

Dans le cas simple d'un trou noir unique et non rotatif, la physique est suffisamment simple pour effectuer les calculs de manière pure et simple (bien qu'avec quelques hypothèses simplificatrices, par exemple l' approximation de la lentille mince ). Comme décrit dans les conférences liées ci-dessus:

Toute source est imagée deux fois par une lentille de masse ponctuelle. Les deux images sont de part et d'autre de la source, une image à l'intérieur de l'anneau d'Einstein et l'autre à l'extérieur. Lorsque la source s'éloigne de l'objectif, l'une des images s'approche de l'objectif et devient très faible, tandis que l'autre image se rapproche de plus en plus de la position réelle de la source et tend vers un grossissement de l'unité.

Ainsi, vous pouvez voir que vous obtenez des images en double de tout objet d'arrière-plan, ce qui peut être clairement vu dans l'image ci-dessus. À environ 7 heures de l'image, vous pouvez voir deux étoiles (une rougeâtre, une bleuâtre) qui se trouvent à l'extérieur de l'anneau d'Einstein, puis une deuxième image à environ 1 heure qui se trouve à l'intérieur de l'anneau d'Einstein. L'anneau d'Einstein lui-même est un cas spécial où les objets exactement sur l'anneau sont directement derrière le trou noir (du point de vue de l'observateur). Dans ce cas particulier, vous n'obtenez plus deux images, mais plutôt un anneau de lumière. Lorsque les objets approchent de cet anneau (en d'autres termes, lorsqu'ils approchent d'être directement derrière le trou noir),

C'est pourquoi vous voyez la distorsion que vous avez décrite. Lorsqu'un objet derrière le trou noir s'approche de votre ligne de vue, il apparaît sous la forme de deux images, une très éloignée de l'anneau d'Einstein et une (très petite) image proche de l'horizon des événements. Ensuite, à mesure que l'objet s'approche de votre ligne de site, les images de celui-ci approchent de l'anneau d'Einstein des deux côtés, où il devient plus lumineux et plus déformé.

L'idée mentionnée par Florin à propos des photons qui tournent est vraie, et en fait vous voyez en fait plusieurs anneaux d'Einstein, mais les autres anneaux sont très proches du trou noir et en général vous ne les observeriez pas. Vous pouvez voir ces autres anneaux Einstein comme une légère lueur autour du trou noir dans l'image ci-dessus.