¿Qué es ese anillo que ahora solo aparece en las ilustraciones de agujeros negros?

Si se da cuenta, el espacio-tiempo comienza a deformarse cerca del agujero negro, pero luego a una distancia considerable de la superficie del agujero negro, las imágenes en el fondo se distorsionan, pero luego, al mirar aún más cerca del agujero negro, el La distorsión comienza a verse normal nuevamente casi como si nada estuviera sucediendo, excepto por un efecto menor de lente de ojo de pez.

Si el espacio-tiempo se distorsiona de manera monótona al acercarse a la superficie de un agujero negro, ¿cómo existe este anillo de ultra-distorsión? ¿Por qué la imagen no se ve aún más distorsionada en la superficie que en ese anillo?

Esto se debe a que los fotones realmente van en círculos alrededor del agujero negro varias veces.

Lejos del BH, la imagen está ligeramente distorsionada. Estos son fotones que se desviaron solo un poco.

A medida que te acercas, ves fotones que se desvían cada vez más. En algún momento, verás fotones que vinieron detrás de ti, rodearon el BH y golpearon tu ojo. Eventualmente, lo suficientemente cerca del BH, verás fotones que hicieron un giro completo de 360 ​​grados. El BH actúa como una cámara de ojo de pez.

Mirando más y más cerca del disco, obtienes fotones que hicieron 1.5 vueltas, 2 vueltas, 3 vueltas, etc.

Lo que ves son imágenes concéntricas de anillo, cada una de las cuales contiene la imagen completa de todo alrededor del BH pero comprimida en un anillo. Esencialmente hay una infinidad de imágenes concéntricas, pero solo se ven claramente las primeras.

https://imgur.com/VZnkFxP

Cabe señalar que el disco negro en el medio no es el horizonte de eventos. Es simplemente una región en el espacio de donde no proviene la luz que podría llegar a su ojo. El horizonte de eventos real es aproximadamente 2 veces más pequeño. Se podría pensar que es la imagen del horizonte de sucesos "ampliada" por la distorsión del espacio-tiempo, pero la analogía no es perfecta.

Un agujero negro es, en muchos sentidos, como una "lente" muy extraña.

Sé que ya ha aceptado una respuesta, pero quiero proporcionar una respuesta más técnica que se centre más en la física involucrada. Si realmente tiene curiosidad por leer más, y tiene una propensión a las matemáticas, le sugiero que eche un vistazo a las incomparables Lectures on Gravitational Lensing de Narayan y Bartelmann . Esta será la base de gran parte de mi respuesta y, de hecho, es la base de muchos tratados posteriores sobre lentes gravitacionales.

En primer lugar, quiero decir que la descripción de Florin de los fotones que rodean el agujero negro y producen múltiples anillos es una idea correcta y realmente ocurre, pero no creo que sea pertinente a su pregunta porque esos anillos no son visibles en la imagen has publicado

En cambio, lo que está viendo es un efecto en la lente gravitacional mediante el cual las imágenes de los objetos se distorsionan, magnifican y duplican. Lo que ocurre, en términos simplificados, es que cerca del agujero negro, la métrica local del espacio-tiempo está deformada (en otras palabras, el agujero negro ejerce gravedad) debido a la singularidad masiva en el agujero negro. Esta deformación del espacio-tiempo hace que el camino de la luz, que de otro modo viajaría a lo largo de una línea recta, se doble. Es posible, con algunos supuestos básicos, calcular con precisión cómo se distorsiona la imagen de una fuente de luz de fondo.

El anillo principal y bien definido que ves se conoce como el anillo de Einstein . Puedes ver este anillo realmente bien en la imagen (simulada) a continuación.

En el caso simple de un solo agujero negro no giratorio, la física es lo suficientemente simple como para hacer los cálculos directamente (aunque con algunos supuestos simplificadores, por ejemplo, la aproximación de lente delgada ). Como se describe en las conferencias vinculadas anteriormente:

Cualquier fuente es fotografiada dos veces por una lente de masa puntual. Las dos imágenes están a cada lado de la fuente, con una imagen dentro del anillo de Einstein y la otra afuera. A medida que la fuente se aleja de la lente, una de las imágenes se acerca a la lente y se vuelve muy tenue, mientras que la otra imagen se acerca cada vez más a la posición real de la fuente y tiende a un aumento de la unidad.

Entonces puede ver que obtiene imágenes duplicadas de cualquier objeto de fondo, que se puede ver claramente en la imagen de arriba. Aproximadamente a las 7 en punto en la imagen, puede ver dos estrellas (una rojiza y otra azulada) que están fuera del anillo de Einstein, y luego una segunda imagen a la 1 en punto que está dentro del anillo de Einstein. El anillo de Einstein en sí es un caso especial donde los objetos exactamente en el anillo están directamente detrás del agujero negro (desde la perspectiva del observador). En este caso especial, ya no obtienes dos imágenes, sino que obtienes un anillo de luz. A medida que los objetos se acercan a este anillo (en otras palabras, a medida que se acercan a estar directamente detrás del agujero negro),

Es por eso que ves la distorsión que describiste. Cuando un objeto detrás del agujero negro se acerca a su línea de visión, aparece como dos imágenes, una muy lejos del anillo de Einstein y una imagen (muy pequeña) cerca del horizonte de eventos. Luego, cuando el objeto se acerca a su línea de sitio, las imágenes se acercan al anillo de Einstein desde ambos lados, donde se vuelve más brillante y más distorsionado.

La idea mencionada por Florin sobre los círculos de los fotones es cierta, y de hecho se ven múltiples anillos de Einstein, pero los otros anillos están muy cerca del agujero negro y, en general, no los observarías. Puedes ver estos otros anillos de Einstein como un ligero resplandor alrededor del agujero negro en la imagen de arriba.