黑洞阴影、光子环与透镜环

明亮的“光子环”环绕黑暗的“黑洞阴影”被认为是从黑洞附近起源的辐射观测外观的一个重要特征。我们通过解析计算和数值玩具模型阐明了这些启发式概念的含义与相关性。术语“阴影”的标准用法描述了一个从各个方向（包括观察者后方）被照亮的黑洞的外观。背光的黑洞投下稍大的阴影。这两种阴影启发式对于理解黑洞附近起源的辐射外观都不特别相关，因为发射剖面和引力红移在决定中心暗区的观测尺寸时起主导作用。光子环源自在逃逸至无穷远之前绕黑洞附近轨道运行的光线，这些光线到达像平面上靠近环形“临界曲线”的位置。尽管对于光学薄发射物质，该临界曲线附近的亮度可任意增大，但我们表明这种增强仅为对数级，因此与当前观测无关。对于来自几何薄或厚盘的光学薄辐射，仅完成部分轨道运行的光子通常会产生更宽的“透镜环”，它是盘背面的去放大图像，叠加在直接辐射之上。透镜环的中心半径比光子环大约 5%，其宽度约为 0.5–1M。它可相对亮 2–3 倍，从而可能在高分辨率图像中提供显著特征。尽管如此，观测图像的特征性仍由黑洞附近发射物质的位置与性质主导。我们就最近的 M87* 事件视界望远镜观测与质量测量作了评论。