Perspectivas para futuros testes experimentais de gravidade com imagens de buracos negros: Simetria esférica

Os buracos negros astrofísicos (BHs) são universalmente esperados para serem descritos pela métrica de Kerr, uma solução estacionária e de vácuo da relatividade geral (RG). De fato, ao imaginar M87* e Sgr A* e medir o tamanho de suas sombras, substanciamos esta hipótese através de testes nulos bem-sucedidos. Aqui discutimos o potencial de futuras observações de imagem melhoradas na restrição de desvios da geometria do espaço-tempo em relação à de um BH de Schwarzschild (a solução de RG de vácuo não giratório), com um foco no anel de fótons. O anel de fótons compreende uma série de imagens de maior ordem, auto-similares e em série com atraso de tempo do fluxo de acreção, e está localizado próximo ao limite da sombra. Em espaços-tempos esféricos, essas imagens são indexadas pelo número de meio laços executados ao redor do BH pelos fótons que chegam até elas. O tempo de atraso oferece uma estimativa independente do tamanho da sombra, permitindo testes da acromatismo da sombra, conforme previsto pela RG. A auto-similaridade da imagem depende do expoente de Lyapunov de lenteamento, que está ligado à instabilidade da órbita do fóton perto da órbita circular instável. Notavelmente, este expoente crítico, específico ao espaço-tempo, é sensível ao componente rr-- da métrica e também oferece insights sobre a curvatura, além das capacidades das medições de tamanho da sombra atualmente disponíveis. O tempo de Lyapunov, uma escala de tempo característica de instabilidade, fornece mais uma sonda da métrica e da curvatura. A razão entre os tempos de Lyapunov e de atraso também produz o expoente de Lyapunov de lenteamento, oferecendo caminhos alternativos de medição. Notavelmente, a largura da imagem de primeira ordem também pode servir como um discriminador do espaço-tempo. Cada uma dessas observáveis, potencialmente acessíveis em um futuro próximo, oferece restrições ao espaço-tempo que são ortogonais àquelas do tamanho da sombra, permitindo testes precisos da RG.