¿Los agujeros negros tienen manchas de Arago?

Question

He estado leyendo sobre Puntos de Arago y el Aragoscopio . ¡Algunos conceptos fascinantes! Básicamente, debido a la difracción de las ondas, hay un punto brillante en el centro de la sombra detrás de cualquier objeto circular.

Me parece que hay algunas similitudes entre un agujero negro y el disco utilizado para los experimentos de la mancha de Arago. Los agujeros negros (o sus horizontes de sucesos) son esféricos, por lo que deberían proyectar una sombra circular. ¿Se han observado puntos brillantes en el centro de un agujero negro? Si es así, ¿serían útiles para la astronomía, como un Aragoscopio superdimensionado?

He leído que el objeto de la sombra tiene que ser muy precisamente circular, así que no estoy seguro de que un agujero negro sea lo suficientemente circular. La obturación causada por la rotación podría distorsionar el horizonte de sucesos. También podría haber problemas con la relatividad alrededor de los bordes del agujero negro. No tengo un concepto claro de cómo funcionarían juntas la lente gravitacional y la difracción de Fresnel.

Answer 1

Un análisis adecuado de esto debería tratar la luz como una onda EM que se propaga en el fondo de espaciotiempo curvado del agujero negro. Los artículos

(1) "Óptica de ondas y formación de imágenes en las lentes gravitacionales". https://arxiv.org/abs/1207.6846

(2) "Visualización de agujeros negros por medio de ondas". https://arxiv.org/abs/1303.5520

(3) "Óptica de ondas en tiempos espaciales de agujeros negros: El caso de Schwarzschild". https://arxiv.org/abs/1502.05468

presentan análisis para el caso de un agujero negro no giratorio (Schwarzschild). Los artículos (1) y (2) utilizan técnicas numéricas (resolviendo la ecuación de onda para el campo escalar sin masa utilizando un método de diferencias finitas) y el artículo (3) utiliza técnicas analíticas. El resumen de (2) dice

Estudiamos la dispersión de las ondas por los agujeros negros. Resolviendo un campo escalar sin masa con una fuente puntual en el espaciotiempo de Schwarzschild, se obtienen numéricamente las ondas dispersadas por el agujero negro. A continuación, reconstruimos imágenes del agujero negro a partir de los datos de las ondas dispersadas para ángulos de dispersión específicos. Para las direcciones hacia delante y hacia atrás, las imágenes ópticas de ondas obtenidas de los agujeros negros muestran anillos que corresponden a las glorias de los agujeros negros asociadas a la existencia de la órbita circular inestable de los fotones en el espaciotiempo de Schwarzschild.

La figura 7 de (2) muestra "Imágenes de agujeros negros reconstruidas a partir de ondas de dispersión...", y aquí hay un extracto de esa figura:

Observe el punto relativamente brillante en el centro. Para ayudar a interpretar la imagen, la página 12 dice:

En el límite de la óptica geométrica, las imágenes de los agujeros negros pueden obtenerse resolviendo geodésicas nulas. Para el observador en $\theta_0=0$ Los rayos nulos primarios, que son desviados por el agujero negro pero no lo rodean, dan lugar al anillo de Einstein. Los rayos nulos secundarios y los de mayor grado que dan muchas vueltas alrededor del agujero negro también forman imágenes anulares con menor radio angular en comparación con el anillo de Einstein.

Esto se denomina efecto de gloria. Las palabras "mancha de Arago" no se utilizan en el documento, pero sí las palabras "disco de Airy". En los artículos (2) y (3) se dice que se está llevando a cabo una extensión de este análisis a los agujeros negros en rotación (Kerr), pero no sé si se ha publicado ya.

Answer 2

Hace poco también me enteré de las manchas de Arago y tuve el mismo pensamiento con respecto a los agujeros negros. En cuanto a que te retractes de parte de tus comentarios es cierto que no hay pruebas de que los barros negros produzcan generalmente manchas de Arago. Dicho esto, aunque las variables hacen improbable que la mayoría de los agujeros negros produzcan una mancha de Arago, también hacen probable que unos pocos agujeros negros produzcan manchas de Arago. Al fin y al cabo, las condiciones tendrían que ser perfectas (los agujeros negros perfectos y la fijación exacta de la fuente de luz, los agujeros negros y nosotros, etc.). En el futuro, después de fotografiar miles de agujeros negros, no me extrañaría que entre las fotografías apareciera una mancha de Arago.

Answer 3

El ángulo de dispersión es de 180 y 0 para los efectos gloria y Poisson-Arago, respectivamente. Un documento para el punto de Poisson-Arago para las ondas gravitacionales https://arxiv.org/abs/1809.06511