黑洞光子环的自适应解析光线追踪

事件视界望远镜近期的干涉观测已分辨出邻近超大质量黑洞附近源的视界尺度发射。未来的天基干涉仪有望测量“光子环”——一个由广义相对论预言但尚未被观测到的窄环状透镜化特征——从而开启强引力研究的新窗口。在此我们介绍 AART：一种自适应解析光线追踪代码，它利用 Kerr 时空中间光传播的可积性，快速计算高分辨率模拟黑洞图像，以及可在极长天-地基线上获取的相应射电可见度。该代码在非均匀自适应网格上对图像采样，该网格专为 Kerr 几何的透镜行为定制，因此特别适合研究光子环。这种数值方法保证了在长基线上干涉特征被正确计算，且代码的模块化允许对具有复杂发射轮廓和时间变化的赤道面源进行详细研究。为展示其能力，我们使用 AART 模拟了一个随机、非平稳、非轴对称赤道面源的黑洞电影；通过对每帧快照的可见度振幅进行时间平均，我们能够提取光子环的投影直径并恢复广义相对论所预言的形状。