从光束干涉测量第一光子环推断黑洞自转：几何方法

准确推断黑洞自旋对于理解黑洞的动力学及其星体环境至关重要。本文我们提出一种几何方法，通过将第一光子环（$n=1$）的干涉仪形状作为临界曲线的近似来进行自旋估计。该方法在假设黑洞倾斜角后，将其映射到自旋值。尽管未来的空间任务将捕获关于第一光子环的丰富数据——包括全角度依赖直径、角度亮度轮廓以及相对于 $n=0$ 环的气象偏移——但本文的分析仅限于使用两个角度依赖直径来计算其形状不对称性并推断自旋。我们聚焦于低倾角和中到高自旋情况，在 various 发射模型、基线和噪声源（包括模拟的空间基干涉观测）中进行测试。虽然 $n=1$ 环的大小取决于发射模型，但其干涉仪形状在低倾角下仍然是稳健的自旋探针。我们发现，$n=1$ 图像推断的不对称性可能受到临界曲线形态的偏置，噪声（无论是星体噪声还是仪器噪声）的存在也会严重扭曲其值。在低噪声极限且低观察倾角下，短基线处 $n=0$ 图像的显著贡献可能导致不对称性估计产生向下偏置。虽然本方法在无噪声时序平均图像中可以估计高自旋，但随着噪声和星体可变性的增加，所得约束受到削弱，仅能在合成观测数据上提供自旋的下界。甚至仅凭环的不对称性，我们就能确立自旋的下界，彰显了基于光子环的自旋推断在未来空间基干涉任务（如提议中的 Black Hole Explorer）中的前景。