Аккреционный диск черной дыры в центре Млечного Пути вращается

Механика дисковой аккреции

Механика уменьшения орбитального расстояния от центра диска с дальнейшим падением вещества диска на центральный объект, вызвана потерями энергии во время трения различных слоев газа друг об друга. Механизм движения вещества в аккреционном диске был впервые постулирован лордом Рэлеем в начале 20 века, а механизм движения с ускорением был обнародован Джефри Тейлором в середине 20 века.

Схема уникальной системы OJ287 пары сверхмассивных черных дыр

В случае большой массы акреционного диска относительно центрального объекта часто происходит образование полярных джетов – струй вещества, выбрасываемых перпендикулярно оси вращения центрального объекта диска. Во многих случаях вещество в подобных струях движется с околосветовыми скоростями. В связи с этим часто подобные джеты называются релятивистскими. Высказываются соображения, что образование подобных джетов связано со сверхмощными магнитными полями.

Схематичное изображение полярных джетов

Если подобный полярный джет аккреционного диска сверхмассивной черной дыры (квазара) направлен к земному наблюдателю, то подобный объект называют блазаром. Блазары обладают большой переменностью. Недавно один из блазаров стал источником обнаруженного нейтринного излучения. Подобное излучение было обнаружено с помощью обсерватории IceCube в Антарктиде, и является первым случаем регистрации нейтринного излучения от внегалактического объекта, за исключением сверхновой 1987 года, вспыхнувшей в соседней галактике Большое Магелланово облако. В тоже время “нейтринный” блазар, находится в тысячи раз дальше близких галактик.

А Вы смотрели: Есть ли жизнь на планетах системы TRAPPIST-1? (видео)

Структура черной дыры.

Гипотеза.

(рис.1) разрез3

Структура черной дыры представлена на чертеже ( фиг.1) . В состав её входит аккреционный диск, представленный двумя телами (1) и (3), обобщающих его воздействие на роторную часть черной дыры. Роторная часть черной дыры (2) представляет из себя область высокой плотности вещества, отделенную от аккреционного диска границей, после которой плотность вещества аккреционного диска уже не увеличивается, так как ограниченная площадь сечения тороидальной части аккреционного диска оказывает дросселирующее действие на поток материи, а аккреционный диск своими приливными силами F пв 21 и F пв 23 уплотняет роторную часть черной дыры, отделяя её от аккреционного диска. Вследствие неравномерности поступления материи из аккреционного диска происходят ударные воздействия на ротор, которые вызывают прецессию оси ротора, а в трамбование ротора приливными силами аккреционного диска появляются периодические колебания, которые вызывают квазипериодические колебания излучения. Скорость вращения ротора составляет десятки миллиардов оборотов в секунду. Частица попавшая в роторную часть черной дыры через горизонт событий прошлого уже не может выйти из неё, кроме как через горизонт событий будущего (4). Обычно горизонтом событий называют невидимую часть черной дыры. В черной дыре существует два горизонта событий; прошлого и будущего. Выйти через горизонт событий будущего могут только атомы очень плотных веществ, если они будут разогреты электрическим разрядом на горизонте событий будущего. Температура нагрева определяет с какой скоростью выйдет радиационное излучение с горизонта событий будущего. Электрические разряды формируются в грозовых газовых облаках(5). Газовые грозовые облака формируются в месте выхода в фотосферу (6) ядер плотных элементов и присоединения к ним частиц, что сопровождается понижением температуры среды. Атомы плотных элементов, получив дополнительную энергию от электрического разряда покидают горизонт событий будущего в виде радиационного излучения высоких энергий (7), энергия которых определяется скоростью вращения электронов в электронных слоях элементов. Гравитационное поле черной дыры индуцирует в электронных слоях атомов приливную волну, которая и уносит их с горизонта событий. Полученной энергии может хватить на путь в сотни галактик. Между аккреционным диском и вращающимся ротором черной дыры существует щель(8) из которой материя притягивается силами притяжения ротора и трамбуется на поверхности ротора приливными силами аккреционного диска Fпр21 и Fпр23, при этом доступ материи в щель из аккреционного диска ограничен. Именно в этой щели наблюдается невозврат материи, которую можно назвать горизонтом событий прошлого.

В щели происходит ядерная реакция распада материи с большим выделением энергии и превращение её в мельчайшие частицы материи , которые в разных теориях подразумеваются под разными названиями. У В. Ацюковского они называются «амерами» ( масса 7 10^-122 kg. диаметр 4 10^45 m.). Реакция происходит при достижении бориной материей скорости света, что сопровождается отделением электронов от пар нуклонов и дальнейшим распадом ядер и нуклонов. Реакция происходит с выделением большого количества энергии, поэтому аккреционный диск в районе щели имеет очень высокую температуру. На рисунке [фиг.2] в верхней части показана схема энергетических преобразований на горизонте событий прошлого.

фиг. 2 преобр

Для полученной вновь материи нет верхнего ограничения скорости, а есть только нижнее-скорость света. Эта материя является основой для синтеза новых химических элементов. В нижней части рисунка показаны преобразования, происходящие на горизонте событий будущего. Преобразования происходят с большим потреблением энергии, поэтому черная дыра имеет очень низкую температуру.

В роторной части черной дыры создается зона высокого давления и температуры (9), в которой происходит термоядерный процесс с образованием ядер сверхтяжелых элементов, которые затем выдавливаются импульсами в сторону фотосферы и горизонта событий будущего. Не все ядра участвуют в термоядерном процессе, а только те, которые потеряли энергию и были близки к распаду или распались. Остальные ядра минуют термоядерный процесс и в этом заключается сохранность информации, спираль атома остаётся неизменной, осуществляется только её подзаряд энергией. Если до входа в черную дыру ядро принадлежало атому урана, то оно и выйдет из черной дыры атомом урана, но за счет сжатия и высокой температуры происходит процесс взаимного раскручивания нуклонов и тем повысится его энергия. Если же ядро принадлежало атому свинца, то оно будет переформатировано термоядерной реакцией во что-то другое. Радиационные излучения (10) не принимаемые черной дырой выходят через щель и следуют к выходу из галактики. Именно эти излучения огибают рукав Ориона галактики Млечный путь на расстоянии около трех тысяч световых лет от Солнечной системы, создавая пояс радиации.

рис. 3 ротор2

На рис.3 представлен разрез ротора черной дыры. В центре находится зона термоядерной реакции (9), представляющая из себя вихрь тончайшей материи, вращающийся со скоростью сотни миллиардов оборотов в секунду. Материя из зоны термоядерной реакции может выходить через импульсные капиллярные каналы (11). Чем ближе капиллярный канал к центру вращения тем выше плотность вещества. Материя, выходящая из капиллярных каналов образует кольцевые вихревые структуры, описанные в работах профессора В. Ацюковского. Структуры имеют разную плотность и размер. Из них впоследствии образуются нуклоны (12,13) разной плотности, которые соответствуют разным химическим элементам. Структура черной дыры создаётся под воздействием гравитационных сил в соответствии с энергетическими возможностями её составляющих. Интерес представляет то, как в природе реализован процесс аналогичный технологии газовой центрифуги. Скорость вращения ротора черной дыры очень велика (десятки миллиардов оборотов в секунду), что позволяет черной дыре притягивать с помощью приливных сил целую галактику и разрывать затем материю на атомы. Атомы с высокой скоростью вращения электронов отделяются от атомов с низкой скоростью вращения электронов и выводятся за пределы черной дыры. Атомы с низкой скоростью вращения электронов следуют на пополнение энергии или переформатирование в ротор. Особый интерес вызывает радиационно-гравитационный подвес ротора черной дыры. Ротор плавает в радиационных излучениях малых энергий, не имеющих возможности пройти через горизонт событий прошлого и автоматически поддерживает выход радиационного излучения высоких энергий, переформатированного из старой материи с помощью реакции термоядерного синтеза, через горизонт событий будущего. Радиационное излучение выходящее из щели, хотя и можно назвать его излучением низких энергий, имеет значительную энергию, в основном, за счет высокой температуры. При понижении температуры его энергия быстро уменьшается и общим потоком оно выносится за пределы галактики (белые стрелки, рис. 3).

(рис.3) Всел.6 Струи радиационных излучений огибают Солнечную систему на расстоянии две-три тысячи св.лет.

Радиационное излучение (рис. 4 ) выходящее через горизонт событий будущего, наоборот обладает высокой внутренней энергией и сравнительно низкой температурой, что объясняет не очень высокую скорость распространения излучения по сравнению со скоростью света, хотя при нагреве эти излучения могут достигать скорости света и существуют данные, что они могут превышать её. В своём движении эти излучения, состоящие из устойчивых атомов тяжелых элементов (на рисунке показана только одна пара нуклонов) преодолевают значительные расстояния, взаимно отталкиваясь приливными силами но не далее чем начинают действовать притягивающие приливные силы и взаимное притяжение.

рис.4 нуклоны.1

Такая орбитальная система устойчивости позволяет излучению долгое время идти узким лучом, а с потерей энергии распадаться и превращаться в барионную материю.

Зададимся вопросом: во сколько раз приливное ускорение на горизонте событий прошлого больше ускорения всемирного тяготения (а). a = G*M/R^2 — ускорение всемирного тяготения; a * n = k*G*M* R * ω /R^3 =k *G*M *ω /R^2 -приливное ускорение; a = k*G*M *ω /n * R^2 где: k — коэффициент пропорциональности первой производной, который характеризует структуру взаимодействующего с черной дырой тела (сек); ω — скорость вращения черной дыры (1/сек); G*M/R^2= k*G*M *ω /n * R^2; n = k * ω для галактики Млечный путь ω = 86 млрд. об./сек.; k = 0,1 сек — для твердого тела подобного планете Меркурий. n = 0,1 * 86 10^9 =8,6 10^9 раз.

Это и была главная тайна «черной дыры» и «чёрной материи»!

Спектр излучения диска

Вещество в аккреционных дисках нагрето до миллионов, миллиардов или даже триллионов градусов Кельвина. В связи с этим, максимум даже теплового излучения аккреционных дисков часто приходится на рентгеновский и гамма-диапазон электромагнитного спектра. Кроме того, для аккреционных дисков характерно нетепловое излучение, которое вызвано ускорением элементарных частиц в сверхсильных магнитных полях нейтронных звезд и белых карликов. Для подобного нетеплового излучения максимум часто приходится на радиодиапазон. В дополнение, аккреционные диски часто являются источником космических лучей сверхвысоких энергий.

Диски вокруг сверхмассивных чёрных дыр

Исторически аккреционные диски вокруг сверхмассивных черных дыр (СЧД) были открыты одними из первых. Это связано с тем, что они представляют собой одни из ярчайших радиоисточников на небе. Когда в 50х годах 20 века английские астрономы составили первые каталоги ярчайших радиоисточников, они обнаружили, что многие из них связаны либо с галактиками аномальной формы либо с загадочными звездами. Последующие исследования показали, что первый класс источников связан со сталкивающимися или взаимодействующими галактиками. Вероятно, столкновения галактик приводит к тому, что большое количество звезд и межзвездного газа (пыли) попадает в окрестности СЧД. Подобный процесс активизирует быстрый рост СЧД и большую светимость их аккреционных дисков.

Аккреционный диск вокруг черной дыры NGC 3147 удивил ученых

• Всего2
• 0
• 0
• 0

Астрономы, использующие космический телескоп Хаббл, обнаружили неожиданно тонкий диск материала, быстро вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре NGC 3147, спиральной галактики с низкой светимостью, расположенной на расстоянии около 130 миллионов световых лет от нас.

Доктор Стефано Бьянки из Università degli Studi Roma Tre и его коллеги первоначально выбрали NGC 3147 для проверки принятых моделей об активных галактиках с низкой светимостью: тех, которые имеют “голодные” черные дыры.

«Тип диска, который мы видим, – это уменьшенный квазар, которого мы не ожидали обнаружить», – сказал Стефано Бьянки. «Это тот же тип диска, который мы видим в объектах, которые в 1000 или даже 100 000 раз ярче. Предсказания современных моделей для очень слабых активных галактик явно не оправдались».

Черные дыры в некоторых типах галактик, таких как NGC 3147, считаются “голодными”, поскольку им недостаточно гравитационно захваченного материала, чтобы регулярно питать их. Поэтому удивительно, что существует тонкий диск, окружающий голодную черную дыру, который имитирует гораздо большие диски, найденные в чрезвычайно активных галактиках.

Особый интерес представляет этот материал, окружающий черную дыру, так как он дает уникальную возможность проверить теории относительности Альберта Эйнштейна.

Смотрите также

Исследование космоса

Пандемия вызвала новую задержку запуска телескопа Джеймса Уэбба

17.07.2020

Астрономия

Ученые обнаружили звезду, летящую через нашу Галактику

15.07.2020

В соответствии с этой теорией диск внутри настолько глубоко погружен в интенсивное гравитационное поле черной дыры, что свет от газового диска изменяется, давая астрономам уникальный взгляд на динамические процессы, близкие к черной дыре.

«Мы никогда не видели эффектов как общей, так и специальной теории относительности в видимом свете с такой большой ясностью», – говорят ученые.

Диск вращается вокруг черной дыры со скоростью, превышающей 10% скорости света. При таких экстремальных скоростях газ, осветляется, когда он движется к Земле с одной стороны, и тускнеет, когда он уходит от нашей планеты с другой. Этот эффект известен как релятивистское излучение.

Наблюдения Хаббла также показывают, что газ настолько глубоко погружен в гравитационную яму, что свет изо всех сил пытается вырваться из нее, и поэтому кажется, что он растянут до более красных длин волн. Масса черной дыры составляет около 250 миллионов солнечных масс.

«Это интригующий взгляд на диск, расположенный очень близко к черной дыре, настолько близко, что скорости и интенсивность гравитационного воздействия влияют на то, как мы видим фотоны света», – говорят исследователи.

Stefano Bianchi et al. 2020. HST unveils a compact mildly relativistic broad-line region in the candidate true type 2 NGC 3147. MNRASL 488 (1): L1-L5; doi: 10.1093/mnrasl/slz080

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Материалы по теме

Загадочные черные дыры

Примерами подобных объектов являются радиогалактики Дева А и Лебедь А. Хотя второй класс объектов был первоначально ассоциирован с обычными звездами, последующие исследования показали, что это далеко не так. Спектроскопия “радиозвезд” показала, что такие объекты обладают крайне необычными спектрами, первоначально не удавалось идентифицировать ни одну из спектральных линий. Лишь спустя некоторое время теоретики догадались, что необычный спектр подобных радиозвезд вызван их огромным красным смещением. Следовательно, такие объекты удалены от земного наблюдателя на огромные расстояния – многие миллиарды световых лет. Стало очевидно, что радиозвезды представляют собой ультраяркие галактики с необъяснимо высокой светимостью. Подобные радиозвезды получили название квазары или квазиозвездные объекты. Самым известным из них является квазар 3С273, видимая яркость которого в оптическом диапазоне достигает 13 звездной величины. Долгое время в объяснение физической природы квазаров соперничали две точки зрения: очень массивные молодые галактики с большим темпом звездообразования и аккреционные диски СЧД. Накопление фотометрической информации показало, что квазары обладают большой переменностью в оптическом диапазоне на интервале из нескольких дней или месяцев. По причине конечной скорости света подобная переменность означала, что размер источника огромной светимости квазаров заключен в пределах лишь нескольких парсек. Окончательно версия СЧД в центрах галактик как источника излучения квазаров стала преобладать после того, как снимки космического телескопа “Хаббл” показали, что часто окрестности квазаров представляют собой спиральные рукава.

А Вы смотрели: Теория существования обитаемых планет

Пример гигантской системы двойной сверхмассивной черной дыры OJ287

Масса СЧД заключена в пределах от нескольких миллионов масс Солнца до нескольких триллионов масс Солнца. Промежуточным типом массивных черных дыр между СЧД и обычными черными дырами звездных масс являются черные дыры, которые формируются в центрах шаровых скоплений. В настоящее время российская астрономия выходит на лидирующие позиции в изучении и каталогизации СЧД. В ближайшее время ожидается запуск космической обсерватории “Спектр-РГ”, которая проведет многолетний обзор всего неба в рентгеновском диапазоне. Ожидается, что эта обсерватория проведет перепись почти всех СЧД во Вселенной – их число близко к нескольким миллионам. Для сравнения немецкая космическая обсерватория “Росат” в 90-х годах 20 века зарегистрировала рентгеновское излучение примерно у нескольких десятков тысяч СЧД. Кроме того, большой вклад в изучение квазаров внесла космическая обсерватория “Спектр-Р”, которая работает в радиодиапазоне. По её наблюдениям эффективная температура аккреционных дисков квазаров составляет 10-40 триллионов Кельвинов. К сожалению, этой радиоастрономической обсерватории с рекордно большой базой не удалось провести наблюдения аккреционного диска СЧД в центре нашей галактики. Помешало фоновое излучение густых облаков, состоящих из межзвездных облаков газа и пыли. В связи с этим изучение объекта будет осуществляться с помощью будущей космической обсерватории “Миллиметрон”. Похожие наблюдения в настоящее время пытаются проводить с помощью проекта Event Horizon Telescope.

Подробная лекция о проекте “Спектр-Р”

Астрофизики впервые измерили магнитное поле «короны» черной дыры

Астрофизики смогли с большой точностью измерить значение индукции магнитного поля в «короне» аккреционного диска вокруг черной дыры в двойной системе V404 Лебедя, которое оказалось в несколько сот раз слабее, чем ожидалось. Эти данные позволят улучшить физические модели механизмов аккреции в двойных системах. Научная статья опубликована в журнале Science

.

Двойная звездная система V404 Лебедя является микроквазаром и находится на расстоянии 8 тысяч световых лет от Земли в созвездии Лебедя. Она состоит из двух компонентов — черной дыры с массой в 12 масс Солнца и оранжевого карлика с массой 0,5 массы Солнца, которые вращаются вокруг общего центра масс с периодом в 6,4 дней. Из-за малого расстояния между объектами в системе вещество с нормальной звезды перетекает на черную дыру, вызывая периодические вспышки, видимые в рентгеновском и гамма-диапазонах. Они наблюдались в 1938, 1956, 1989 и 2020 годах, в последнем случае удалось пронаблюдать возросшую активность черной дыры одновременно с нескольких наземных и космических обсерваторий в разных электромагнитных диапазонах.

При перетекании вещества со звезды к черной дыре вокруг последней образуется аккреционный диск. Внутренние слои вещества постепенно тормозятся о внешние за счет трения, переходят на все более близкие к черной дыре орбиты и в конце концов поглощаются черной дырой. Помимо диска при аккреции вещества могут образовываться джеты — потоки частиц, движущихся с субсветовыми скоростями, расположенные перпендикулярно плоскости диска. Однако до сих пор механизмы аккреции и образования релятивистских струй остаются до конца неизученными. Ранее астрономы уже смогли определить местоположение оптического начала релятивистского джета, выбрасываемого из аккреционного диска в системе V404 Лебедя.

Существуют несколько моделей механизмов аккреции и строении аккреционного диска вокруг компактных объектов. По одной из них над относительно «холодным» (с температурой около 106 Кельвин) диском находится оптически тонкая, «горячая» (с температурой более 108 Кельвин) область, называемая «короной» (accretion disk coronae, ADC), которая ответственна за нетепловое излучение. Считается, что «корона» играет большую роль в образовании и подпитке энергией джетов, изменяя конфигурацию силовых линий магнитного поля, а моделирование показывает, что основание релятивистского выброса может находиться именно в ней.

Анализ данных наблюдений за серией вспышек, произошедшей в системе V404 Лебедя в июне 2020 года, позволил с большой точностью определить значение индукции магнитного поля в области «короны». Наблюдения велись при помощи космического рентгеновского телескопа NuSTAR, радиоинтерферометра AMI (Arcminute Microkelvin Imager), камеры ULTRACAM оптического 4,2-метрового телескопа WHT (William Herschel Telescope) и инфракрасного приемника CIRCE, установленного на 10,4-метровом Большом Канарском телескопе. Во время наблюдательной кампании был зарегистрирован необычный резкий спад излучения в широком диапазоне волн — от инфракрасного до рентгеновского, позволивший рассчитать значение магнитного поля, который объясняется «охлаждением» «корональной» области за счет синхротронного излучения.

Данные оптических, рентгеновских, инфракрасных и радионаблюдений активности системы V404 Лебедя 25 июня 2020 года

Yigit Dalilar et al./Science, Vol. 358, Issue 6368

Поделиться

Измеренное усредненное значение индукции магнитного поля в «короне» составило 461±12 Гаусс, что гораздо меньше, по сравнению с другими двойными системами, содержащими черные дыры: от 105 до 107 Гаусс для источника Лебедь X-1 или ~5×104 Гаусс для системы XTE J1550-564. Более низкое значение магнитного поля заставляет пересмотреть используемые модели аккреции, например увеличить размер излучающей области, уменьшить плотность частиц в «короне» или пересмотреть распределение частиц по энергиям. Общая энергия, запасенная в области «короны», сравнима с энергией, излучаемой всей системой за одну секунду (~1037 эрг), что согласуется с наблюдаемыми быстрыми изменениями яркости V404 Лебедя в 2015 году.

Ранее мы рассказывали о том, каким образом сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути указала на релятивистские эффекты у звезд и как проект «Радиоастрон» получил рекордно четкое изображение релятивистского джета блазара. Про открытие черных дыр на «кончике пера» читайте в нашем специальном материале.

Александр Войтюк

Дисковая аккреция на белые карлики и нейтронные звезды

Белые карлики зачастую являются частью тесных двойных систем, второй компонент которых — самый распространенный тип звезд в галактике – красные карлики. Так как размер белого карлика примерно равен размеру нашей планеты, а масса сравнима с массой Солнца, то подобные остатки звезд обладают огромной первой космической скоростью. В связи с этим белые карлики притягивают к себе вещество с внешних слоев соседних звезд. Аккреционные диски белых карликов обладают большой нестабильностью, которая вызвана накоплением водорода на их поверхности.

А Вы смотрели: Вывернутая наизнанку планетарная туманность. Как так получилось?

Сверхновая 1 типа

Подобная нестабильность часто приводит к громадным термоядерным взрывам. Различаются несколько типов подобной переменности аккреционных дисков белых карликов: карликовые новые, новые и сверхновые первого типа. Последний тип звездной активности вызван превышением предела Чандрасекара, т.е. как только масса белого карлика превышает 1.4 масс Солнца происходит его гравитационный коллапс в нейтронную звезду. Впрочем, насчет последнего типа часто существует мнение, что сверхновые первого типа представляют собой процесс слияния двух белых карликов. Это вызвано их радикальным отличием от сверхновых второго типа. Если для сверхновых первого типа характерна похожесть абсолютного блеска и отсутствие линий водорода, то для сверхновых второго типа характерны большие различия в абсолютном блеске, а так же присутствие линий водорода.

Сверхновая 2 типа

Сейчас считается, что сверхновые второго типа представляют собой стадию коллапса массивных звезд. В связи с тем, что сверхновые первого типа очень похожи друг на друга по форме фотометрических кривых, они часто являются универсальным стандартом в шкале внегалактических расстояний. Так изучение сверхновых первого типа привело к обнаружению ускоренного расширения Вселенной. Подобное расширение в 1998 году было объяснено наличием темной энергии во Вселенной, на которую приходится около ¾ всей массы Вселенной. За данное открытие была присуждена Нобелевская премия по физике.

Кроме аккреции вещества соседних звезд на поверхность белых карликов часто наблюдается аккреция остатков разрушенных планет и астероидов во время стадии красного гиганта. Подобная аккреция обогащает фотосферу белого карлика тяжелыми элементами (химические элементы тяжелее водорода и гелия). Современные наблюдения показывают, что около половины из белых карликов обладают “загрязненной” поверхностью.

Считается, что дисковая аккреция на нейтронные звезды ускоряет их вращение. Подобная аккреция приводит к сильному рентгеновскому излучению, которое изменяется с таким же периодом обращения, который характерен и для пульсара.

Источник

Красное смещение

Мы обсуждали орбитальные скорости в геометрии Шварцшильда в описании апплета. Для вычисления красного смещения используется формула красного смещения из СТО: Где as — косинус угла между направлением луча, испускаемого диском, и локальной скоростью диска, вычисленный в локальной инерциальной системе координат Шварцшильда. Формула верна в данном контексте благодаря принципу эквивалентности.
Её необходимо умножить на коэффициент гравитационного красного смещения:

этот коэффицент не зависит от траектории светового луча, а только от радиуса излучения, поскольку геометрия Шварцшильда является стационарной.

Это также означает, что вклад позиции наблюдателя в гравитационное красное смещение постоянен по всему полю зрения. Всё наше изображение имеет постоянное общее синее смещение, потому что мы находимся глубоко в ЧД. Поэтому данный эффект даёт только слабый оттенок, который можно игнорировать.

Мы также пренебрегаем красным смещением от движения наблюдателя, потому что наш наблюдатель стационарен в геометрии Шварцшильда. Вот итоговый результат:

Как видите, бóльшая часть диска полностью белая из-за максимальной яркости в цветовых каналах. Если опустить эти каналов до диапазона 0,0−1,0, то внешние части диска станут бледными или чёрными. Рост яркости слишком велик, чтобы его увидеть и оценить. Я попытался проявить эффект с помощью постобработки, чтобы самые яркие части показали переход цветов, но этого вряд ли достаточно.

Довольно запутанная картина. Вот изображение без учёта яркости, где можно оценить цвета:

У этих картинок меньшее разрешение, потому что они очень долго

рендерятся на моём ноутбуке (квадратные корни — это плохо, дети).

В любом случае, этот рендер в тысячу раз менее зрелищный, чем другие (в основном, потому что внутренний край диска уже достаточно далеко от ГС, так что что линзирование слишком велико), но рендер хотя бы точен

. Если вы найдёте чёрную дыру с температурой 10 000 K и хорошие солнцезащитные очки, то увидите именно это.

Ещё один снимок с близкого расстояния. Я неестественно поднял насыщенность для красоты:

Исходник на Github

Есть очень большая и очевидная разница между оптикой чёрных дыр и численным интегратором, который выдаёт красивые обои для рабочего стола с разрешением 1080p. В прошлый раз я не публиковал свои рассуждения, а просто поднял большой и грязный репозиторий git. Сейчас хочу объяснить немного подробнее, а также постараюсь поддерживать код в более аккуратном виде и с комментариями.
Мой трассировщик не создавался хорошим, мощным, быстрым. В первую очередь я хотел, чтобы его было легко настраивать, чтобы он сам был простым, так что люди могли бы получить вдохновение

и увидеть потенциал для улучшения: даже его несовершенство может подтолкнуть к тому, что кто-то решит написать собственный вариант. Вот краткий обзор алгоритмов и их реализации.