O que é esse anel que agora só aparece nas ilustrações de buracos negros?

Se você notar, o tempo espacial começa a se deformar perto do buraco negro, mas a uma distância considerável da superfície do buraco negro, as imagens em segundo plano ficam ultra-distorcidas. a distorção começa a parecer normal novamente quase como se nada estivesse acontecendo, exceto por um pequeno efeito de lente olho de peixe.

Se o espaço-tempo distorce de maneira monotônica quando você se aproxima da superfície de um buraco negro, como existe esse anel de ultra-distorção? Por que a imagem não parece ainda mais distorcida na superfície do que naquele anel?

Isso ocorre porque os fótons realmente circulam em torno do buraco negro várias vezes.

Longe de BH, a imagem está apenas ligeiramente distorcida. Estes são fótons que se desviaram apenas um pouco.

À medida que você se aproxima, você vê fótons que se desviam cada vez mais. Em algum momento, você verá fótons que vieram de trás de você, contornaram o BH e atingiram seu olho. Eventualmente, perto o suficiente da BH, você verá fótons que fizeram uma volta completa de 360 ​​graus. O BH funciona como uma câmera olho de peixe.

Olhando cada vez mais perto do disco, você obtém fótons que fizeram 1,5 voltas, 2 voltas, 3 voltas e assim por diante.

O que você vê são imagens de anel concêntrico, cada uma delas contendo a imagem completa de tudo ao redor da BH, mas comprimida em um anel. Existe essencialmente uma infinidade de imagens concêntricas, mas você só vê claramente as primeiras.

https://imgur.com/VZnkFxP

Note-se que o disco preto no meio não é o horizonte de eventos. É simplesmente uma região no espaço de onde não sai luz que possa alcançar seus olhos. O horizonte de eventos real é cerca de duas vezes menor. Você poderia pensar nisso como a imagem do horizonte de eventos "ampliada" pela distorção do espaço-tempo, mas a analogia não é perfeita.

Um buraco negro é, de várias maneiras, como uma "lente" muito estranha.

Sei que você já aceitou uma resposta, mas quero fornecer uma resposta mais técnica que explique mais a física envolvida. Se você está realmente curioso para ler mais e tem uma propensão para a matemática, sugiro que você dê uma olhada nas incomparáveis Palestras sobre Gravitational Lensing de Narayan e Bartelmann . Esta será a base de grande parte da minha resposta e, de fato, é a base de muitos tratados posteriores sobre lentes gravitacionais.

Primeiro, quero dizer que a descrição de Florin dos fótons que circundam o buraco negro e produzem vários anéis é uma idéia correta e realmente ocorre, mas não acredito que seja pertinente à sua pergunta, porque esses anéis não são visíveis na imagem você postou.

Em vez disso, o que você vê é um efeito nas lentes gravitacionais, em que as imagens dos objetos são distorcidas, ampliadas e duplicadas. O que ocorre, em termos simplificados, é que, perto do buraco negro, a métrica local de espaço-tempo é distorcida (em outras palavras, o buraco negro exerce gravidade) devido à singularidade maciça no buraco negro. Essa distorção do espaço-tempo faz com que o caminho da luz, que de outra maneira viajaria ao longo de uma linha reta, seja dobrado. É possível, com algumas suposições básicas, calcular com precisão como a imagem de uma fonte de luz de fundo está distorcida.

O anel principal e bem definido que você vê é conhecido como o Anel de Einstein . Você pode ver esse anel muito bem na imagem (simulada) abaixo.

No caso simples de um único buraco negro não rotativo, a física é simples o suficiente para realmente fazer os cálculos diretamente (embora com algumas suposições simplificadoras, por exemplo, a aproximação de lentes finas ). Conforme descrito nas Palestras vinculadas acima:

Qualquer fonte é fotografada duas vezes por uma lente de massa pontual. As duas imagens estão em ambos os lados da fonte, com uma imagem dentro do anel de Einstein e a outra fora. À medida que a fonte se afasta da lente, uma das imagens se aproxima da lente e fica muito fraca, enquanto a outra imagem se aproxima cada vez mais da posição real da fonte e tende a uma ampliação da unidade.

Assim, você pode ver que obtém imagens duplicadas de qualquer objeto de plano de fundo, o que pode ser visto claramente na imagem acima. Por volta das 7 horas da imagem, você pode ver duas estrelas (uma avermelhada e uma azulada) que estão fora do anel de Einstein e, em seguida, uma segunda imagem às 13 horas, dentro do anel de Einstein. O próprio anel de Einstein é um caso especial em que os objetos exatamente no anel estão diretamente atrás do buraco negro (da perspectiva do observador). Nesse caso especial, você não obtém mais duas imagens, mas um anel de luz. À medida que os objetos se aproximam desse anel (em outras palavras, quando se aproximam de estar diretamente atrás do buraco negro),

É por isso que você vê a distorção que descreveu. Quando um objeto atrás do buraco negro se aproxima de sua linha de visão, ele aparece como duas imagens, uma fora do anel de Einstein e uma imagem (muito pequena) próxima ao horizonte de eventos. Então, quando o objeto se aproxima de sua linha de site, as imagens dele se aproximam do anel de Einstein de ambos os lados, onde fica mais brilhante e distorcido.

A idéia mencionada por Florin sobre os fótons circulando é verdadeira e, na verdade, você vê vários anéis de Einstein, mas os outros anéis estão muito próximos do buraco negro e, em geral, você não os observaria. Você pode ver esses outros anéis de Einstein como um leve brilho ao redor do buraco negro na imagem acima.