Shedding Light on Gravity: Black Hole Shadows and Lensing Signatures in Lorentz Gauge Theory
本工作研究了引力的 Lorentz-gauge 表述框架，通过分析黑洞阴影结构和引力透镜效应，揭示了其独特的观测特征，为未来区分修正引力模型与广义相对论提供了观测检验工具。
2025-08-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Investigating shadow images and rings of the charged Horndeski black hole illuminated by various thin accretions
本文研究了带电Horndeski黑洞在球状和薄盘状薄吸积流照亮下的阴影与光环，发现其阴影随电荷增加而减小，且光环亮度受电荷、吸积流运动及辐射位置显著影响。
2023-11-20 astro-ph.HE gr-qc
Self-lensing flares from black hole binaries IV: the number of detectable shadows
本文评估LSST对黑洞双星自透镜耀发中SMBH阴影凹陷的可探测数量，结合类星体光度函数、随机取向与Illustris质量比，预计可探测数万耀发、数十个凹陷。
2024-09-06 astro-ph.HE
Shadow Implications: What does measuring the photon ring imply for gravity?
本文探讨了通过 EHT 测量黑洞阴影尺寸（光子环）对引力理论的一般性内涵，提出了一种非微扰、非参数化的时空域表征方法，明确了基于阴影尺寸的约束效力与局限，并促进了不同观测与目标间的比较。
2023-07-27 astro-ph.HE gr-qc
Exploring the role of accretion disk geometry in shaping black hole shadows
Jiangsu University of Science and Technology（江苏科技大学）
研究通过分析吸积盘几何对黑洞阴影的影响，揭示了不同光学厚度条件下引力透镜环和光子环的形成机制及观测特征。
2025-12-14 astro-ph.HE gr-qc
Observing the Inner Shadow of a Black Hole: A Direct View of the Event Horizon
被光学薄辐射包围的黑洞的模拟图像通常显示两个主要特征：中心亮度凹陷和狭窄明亮的“光子环”，由叠加在直接辐射顶部的强透镜图像组成。光子环紧密地跟踪图像平面上的理论曲线，对应于渐近线到黑洞周围的不稳定束缚光子轨道的光线。这个临界曲线的大小和形状完全由克尔几何决定;相反，所观察到的亮度下降的大小、形状和深度都取决于发射区域的细节。例如，球形吸积模型的图像显示了一个独特的黑暗区域--“黑洞阴影”--完全填充了光子环。相比之下，在赤道盘延伸到黑洞事件视界的模型中，图像中最暗的区域被限制在一个小得多的区域-一个内部阴影-其边缘位于赤道视界的直接透镜图像附近。使用半解析模型和广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟，我们证明了光子环和内阴影可以在M87* 的亚毫米图像中同时可见，其中磁制动盘（MAD）模拟预测发射发生在赤道附近的一个薄区域平面。我们表明，相对大小，形状和质心的光子环和内部阴影可以用来估计黑洞的质量和自旋，打破这些量的测量，仅依赖于光子环的简并。这两个特征都可以通过下一代事件视界望远镜的高动态范围图像进行直接观察。
2021-06-01 astro-ph.HE gr-qc
Broadened Lensing Rings of Compact Boson Stars: Enhanced Imprint of Accretion Flow in Images and Visibilities
Beihang University（北京航空航天大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）
本文系统研究致密玻色星的引力透镜性质，发现其光子有效势的平坦区展宽了透镜环，使图像更敏感于吸积流分布，并与黑洞模型在图像拓扑和可见度振幅上存在定性差异。
2026-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Superradiant evolution of the shadow and photon ring of Sgr A$^\star$
超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性影响自旋黑洞（BH）的动力学，从而导致超大质量BH阴影的时间演化。我们研究的前景见证超辐射诱导BH阴影的演变，考虑超轻矢量和张量场。我们引入了两个观测敏感的阴影时间演化：阴影漂移，并在与光子环自相关的方位角的变化。这两个观测量是高度互补的，这取决于观察者的倾角。专注于超大质量物体Sgr A $^\star$，我们表明，这两个观测值可以在几年的时间尺度上明显变化，在超辐射不稳定的存在下，导致签名，这是在现实的观测时间内的事件视界望远镜的范围内（但受益显着延长观测期），并铺平了道路，探测超轻玻色子在$\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$质量范围。
2022-08-24 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Reflection-asymmetric wormholes and their double shadows
我们讨论了通过连接两个具有不同质量和电荷参数的Reissner-Nordstrom时空得到的虫洞的构造和观测性质。这些物体是球对称的，但不是反射对称的，因为连接的时空不同。反射不对称的虫孔可能会将相当大一部分下落的辐射反射回其起源的时空。我们解释这种效果在一个简单的框架内的有效光子势。根据模型参数的不同，一个遥远的观察者看到的虫洞的图像（它的“阴影”）可能包含一个在观察者一侧形成的光子环，一个在虫洞另一侧形成的光子环，或者两个光子环都有。这些独特的拓扑特征将使我们能够使用射电天文学观测将这类物体与克尔黑洞区分开来。
2020-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave lensing beyond general relativity: birefringence, echoes and shadows
引力波（GW），作为光，被介入的物质引力透镜，偏转其轨迹，延迟其到达，偶尔产生多个图像。在超越广义相对论（GR）的理论中，新的引力自由度为GW透镜增加了额外的复杂性和丰富性。我们开发了一种形式主义来计算GW的传播超过GR一般的时空，包括新领域的动力学相互作用。我们的框架依赖于识别短波展开中领先阶的动态传播本征态（度规和附加场的线性组合）。我们确定这些本征态和条件下，他们获得不同的传播速度周围的透镜。本征态之间的速度差异导致双折射现象，包括在没有电磁对应物的情况下可观察到的度量偏振（$h_+,h_\times$的正交叠加）之间的时间延迟。特别地，当累积延迟大于信号的持续时间时，产生GW回波，而较短的时间延迟产生波形的加扰。我们还描述了GW阴影的形成，因为非传播度量分量来源于透镜周围的附加场的背景。作为一个例子，我们将我们的方法应用到四次Horndeski理论与Vainshtein筛选，并表明双折射效应探测了与多信使事件GW170817的约束互补的参数空间区域。在未来，强透镜引力波和双星黑洞在密集环境（如活动星系核）附近的合并将实现这些新的引力测试的潜力。
2020-11-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Shadows of Kerr black holes with scalar hair
利用后向光线追迹方法研究了具有标量头发的Kerr黑洞的阴影. KBHsSH在Kerr黑洞和玻色子星（BS）之间连续插值，因此我们从研究BS引起的光透镜开始。从弱引力区域到强引力区域，BS--它们本身没有阴影--根据产生的透镜效应被分类为：$(i)$非紧凑型，其不产生多个图像; $(ii)$紧凑型，其产生越来越多的爱因斯坦环和整个天球的多个图像; $(iii)$超紧凑，拥有光环，产生无限数量的图像（我们猜想）的自相似结构。KBHsSH的阴影，克尔类地平线和非紧凑的BS类头发，是类似的，但区别于，那些可比克尔BH。但是对于非克尔型视界和超紧凑的BS型头发，KBHsSH的阴影是完全不同的：新的形状出现，尺寸小得多，一个BH的多个阴影成为可能。因此，KBHsSH提供定量和定性的新模板进行中（和未来）的甚大基线干涉测量（VLBI）观测BH阴影，如那些的事件视界望远镜。
2015-11-07 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Photon Rings and Shadow Size for General Integrable Spacetimes
本文提出由四个自由径向函数描述的一般可积旋转黑洞时空新表述，证明极向观测者所见阴影与高阶光子环不依赖能层而直接探测视界函数，并将非微扰、非参数化的近视界测量刻画扩展至旋转时空。
2023-11-02 astro-ph.HE gr-qc
Self-lensing flares from black hole binaries I: general-relativistic ray tracing of black hole binaries
大质量黑洞双星（MBHB）的自透镜效应，发生在两个黑洞靠近视线对齐时，预计会产生周期性的短时间耀斑。在这里，我们研究的形状自透镜耀斑（SLF）通过广义相对论射线追踪叠加的二进制BH度规，其中的发射产生的几何薄吸积流周围的每个组件。这套模型包括偏心双星轨道、黑洞自旋、不等质量双星和不同的发射模型几何。我们探索了上述参数空间，并报告了光变曲线如何作为以下参数的函数而变化：双星分离、倾角和偏心率。我们还比较了我们的光变曲线的微透镜近似，并显示如何强大的偏转，以及时间延迟效应，改变的大小和形状的SLF。如果LISA观测到来自吸入MBHB的引力波（GW），SLF可以帮助安全地识别源并将其定位在天空中，并通过比较SLF和GW的相位来限制引力子质量。此外，当从侧面观察这些系统时，SLF显示出与BH阴影大小直接相关的明显下降。这开辟了一种新的方法来测量BH阴影的大小，是目前VLBI设施无法解决的系统。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc
Does the black hole shadow probe the event horizon geometry?
利用事件视界望远镜在不久的将来获得天体物理黑洞阴影是一个令人兴奋的前景。作为一个原则问题，这证明了我们可以从这样的测量中了解多少关于BH视界本身的信息。由于阴影是由一组特殊的光子轨道决定的，而不是由视界属性决定的，所以不同的视界几何形状可能会产生类似的阴影。人们可能会问，阴影对地平线几何的细节有多敏感？作为一个案例研究，我们认为双史瓦西BH和分析的影响，透镜和阴影的锥形奇点，保持两个BH的平衡-这里采取的是一个支柱沿对称轴之间的两个BH。而圆锥奇点诱导光子散射角的不连续性，在沿着支柱位置方向的透镜图案中清晰可见，它对阴影没有产生可观察到的影响，阴影的边缘在任何地方都保持平滑。后一个特征通过包括相等和不相等质量BH的示例来说明。这种平滑性与这些BH的视界（的空间部分）的不平滑的固有几何形状形成对比，并且提供了关于BH阴影如何对某些视界几何形状细节不敏感的鲜明示例。此外，这一观察表明，对于研究它们的阴影，这个静态双BH系统可能是动态双星的信息代理。
2018-02-07 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Ringdown and lensing of triple systems
Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）；Universitá della Calabria（卡拉布里亚大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究三体系统在非平凡环境中的引力波生成与传播，通过数值相对论模拟分析黑洞碰撞并伴星的存在，发现环状辐射中的多普勒和引力红移效应，以及透镜效应导致的成像增强和共振模式激发，为理解伴星附近并合过程提供了新途径。
2026-07-20 astro-ph.HE gr-qc
Effect of primary scalar hair on black hole's strong lensing in Beyond Horndeski Gravity
该研究在超越Horndeski引力框架下，分析带原初标量毛黑洞的强引力透镜性质，结合事件视界望远镜观测数据对标量毛参数给出更精确约束，并发现满足约束的模型存在局域不稳定性。
2025-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Influence of Accretion Flow and Magnetic Charge on the Observed Shadows and Rings of the Hayward Black Hole
天体物理学上观测到的黑洞（BH）的阴影和环的特征可能取决于它的吸积流和磁荷。我们发现，随着磁荷的增加，海沃德黑洞的阴影半径和临界碰撞参量减小。利用光线追迹方法比较了Schwarzschild BH和Hayward BH，结果表明，光的密度和偏转随磁荷的增加而增加，BH奇异性不影响阴影的产生。基于三种光学薄吸积流模型，导出了天体坐标系下的二维阴影。结果表明，下落球形吸积流包围的海沃德黑洞的阴影和光子环亮度比静止球形吸积流的暗。取吸积流停止辐射的三种内半径，我们发现被薄吸积流包围的海沃德黑洞的观测光度主要受直接辐射的影响，而光子环辐射对它的影响很小，这些结果表明观测阴影的大小与时空几何有关，阴影和光环的光度都受到吸积流性质和BH磁荷的影响。
2022-05-15 astro-ph.HE hep-th
Shadows, rings and optical appearance of a magnetically charged regular black hole illuminated by various accretion disks
本研究基于EHT观测结果，探讨了Einstein引力与非线性电动力学耦合产生的磁性带电规则黑洞（MCRBH）的几何特征、光子球与阴影轮廓，并利用薄盘近似分析了参数q对吸积盘物理特征、阴影及光学外观的影响。
2024-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Black hole mimicker hiding in the shadow: Optical properties of the $γ$-metric
对"阴影"的观察能让我们区分黑洞和更奇特的致密物体吗？我们研究一类真空静态轴对称时空中光子的运动，这种时空通过一个参数的值与史瓦西度规连续联系，这个参数可以被解释为源变形的度量。我们调查的透镜效应和阴影所产生的源，比较预期的图像与史瓦西黑洞的阴影的目的。在天体物理学黑洞的背景下，我们发现，它可能是不可能区分一个外来源与小变形参数的黑洞。然而，随着变形的增加，会出现明显的效果。因此，未来对天体物理学黑洞候选者阴影的更精确测量原则上将允许对物体偏离球对称性施加限制。
2019-07-10 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Lensing Tomography of Black Hole Ringdown
本文研究了黑洞铃宕过程中的强引力透镜现象，发现光子偏折角在不同时段呈现不同规律，该成果可应用于致密双星或环双星吸积盘背景的恒星成像。
2025-05-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Lensing and shadow of a black hole surrounded by a heavy accretion disk
考虑一个静态的轴对称时空，描述了一个史瓦西黑洞与一个薄而重的吸积盘的叠加。BH盘组态是外尔类内爱因斯坦场方程的解。圆盘是由分布的能量动量张量产生的，它位于赤道平面上。它可以被解释为两个反向旋转的粒子流，产生一个总的角动量为零。组合系统的现象学取决于两个参数：在盘中的总质量的分数，$m$，和盘的内边缘的位置，$a$。我们首先确定的子区域的参数空间的解决方案是物理的，通过要求的速度的磁盘粒子是亚光速和真实的。然后，我们研究了两种情况下的零测地线流进行反向射线追踪。在第一种情况下，组合系统由圆盘照明，在第二种情况下，组合系统由遥远的天球照明。这两种情况都表明，随着$m$的增长，阴影变得更长。此外，第一种情况清楚地表明，随着$m$的增长，对于固定的$a$，几何薄的盘看起来光学放大，即，从赤道平面观察，厚度更大。这是由于当向后追踪光线时，光线会向磁盘弯曲。在第二种情况下，这些光线可以穿过圆盘（假设是透明的），并且在到达遥远的天球之前可能振荡几次。因此，一个接近赤道的观察者看到的是赤道面附近天空的不同区域，就像一个混乱的“海市蜃楼”。作为$m\rightarrow 0$，人们恢复标准测试，即，质量可以忽略不计，圆盘外观。
2019-12-27 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Chaotic photon orbits and shadows of a non-Kerr object described by the Hartle-Thorne spacetime
事件视界望远镜的观测数据通过对光环周围区域的成像，提供了一种观察黑洞视界附近的新方法。他们还提出了在不久的将来测量图像（或阴影）的特征的希望，这些特征与在这些区域中行进的光子的高阶效应有关，例如高阶亮环的出现。虽然测量Kerr BH的这些精细特征的前景本身非常有趣，但在我们图像的主题不是GR的BH解决方案的情况下，观察可能的非Kerr对象的新特征还有一些更有趣的前景。在这项工作中，我们探讨了Hartle-Thorne时空周围的零测地线的结构和性质，其中包括由四极形变$δq$表征的克尔时空的变形。这些时空在$δq$ s和自旋参数范围内表现出从赤道光环到两个离赤道光环的分叉。除此之外，还有一系列参数，其中赤道和赤道外的光环都存在。这导致形成可以捕获光子的口袋。我们调查这些被困轨道的属性，并发现混沌行为出现。这些混沌轨道中的一些还被发现是“粘性”的，并且被困在周期轨道附近很长一段时间。我们还探讨了这些新的功能如何影响阴影，并发现赤道外的光环产生独特的功能，使其圆形形状变形，而与口袋相关的混沌行为创建分形结构的功能。这些结果是相当普遍的，延伸到高阶Hartle-Thorne时空。
2022-04-29 astro-ph.HE gr-qc
Lensing and dynamics of ultra-compact bosonic stars
球对称玻色子星是已知的通过经典的（不完全）引力坍缩过程动态形成的引力孤子的少数例子之一。作为爱因斯坦-克莱因-戈登理论或爱因斯坦-普罗卡理论的定态解，玻色子星也可能变得足够紧凑，形成光环，从而在原则上模仿黑洞（BH）的引力波观测特征。在本文中，我们将讨论如何这些地平线超紧凑对象（UCO）实际上是不同的黑洞，无论是现象学和动力学。在电磁通道中，与光环相关的现象学揭示了显着的透镜模式，与标准的BH阴影截然不同，在光环的内部和外部附近积累了无限数量的爱因斯坦环。此外，强透镜区可以比具有可比质量的BH的阴影小得多。动态地，我们调查的命运，这样的UCO扰动下，通过完全非线性数值模拟和观察，在所有情况下，他们衰减到史瓦西BH的时间尺度内的$\mathcal{O}(M)$，其中$M$是玻色子星的质量。这两项研究都加强了无水平UCO在各个方面模仿BH现象学和动力学是多么困难。
2017-09-18 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Shadows of Kerr black holes with and without scalar hair
对于观测者来说，黑洞（BH）阴影是黑洞在天空中的明显图像，这是由于附近辐射的引力透镜，由外部源发射。最近一类解决方案称为克尔BH标量头发拥有较小的阴影比相应的克尔BH，在某些条件下，可以出现新的异国情调的阴影形状。因此，这些毛茸茸的黑洞可能为未来的实验提供新的阴影模板，如事件视界望远镜。为了获得阴影，向后光线跟踪算法进行了简要介绍，其次是数值例子的阴影的克尔黑洞标量头发与克尔类似物的对比。此外，克尔阴影的解析解推导出封闭形式的ZAMO观察者在任意位置。
2016-05-26 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Weak Deflection Angle, Greybody Bound and Shadow for Charged Massive BTZ Black Hole
本文讨论了在大质量引力作用下带电黑洞解中的光线问题。为了达到这个目的，我们利用黑洞解的光学几何，发现了弱引力透镜中的高斯曲率。利用黑洞的高斯-邦纳定理，讨论了光线在等离子体和非等离子体介质中的偏转角。我们还分析了Regge-Wheeler方程，得到了线电荷大质量BTZ黑洞的灰体因子的严格界.我们还研究了带电大质量BTZ黑洞产生的阴影或轮廓。还讨论了电荷和宇宙学常数对阴影半径的影响。
2023-03-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Chaotic lensing around boson stars and Kerr black holes with scalar hair
在最近的一封信中，arXiv：1509.00021，表明旋转玻色子星和带有标量头发的克尔黑洞周围的光的透镜效应可以表现出混乱的模式。由于没有分离的变量是已知的（或预期）测地线运动在这些背景下，我们检查光子轨迹的二维有效势，以获得更深入的了解这种现象。我们发现，出现稳定的光环的背景时空，允许形成的“口袋”的有效潜力之一，开放的碰撞参量，导致有效的捕获的一些轨迹，被称为准束缚轨道。我们的结论是口袋的形成诱导混沌散射，虽然不是所有的混沌轨道与口袋。这些和其他功能说明在画廊的例子，获得一个新的射线跟踪代码，PYHOLE，其中包括一个简单的工具，同时可视化的有效潜力连同时空轨迹，在透镜图像中的任何给定点。光子轨道的分析使我们能够进一步建立一个正相关的光子轨道在混沌区域和那些在径向方向上有一个以上的转折点，我们记得，后者是不可能的克尔黑洞周围。此外，我们观察到，在视界周围存在几个光环（几个基本轨道，包括一个稳定轨道），是单个多毛黑洞存在多个阴影的核心因素。我们还展示了透镜和阴影的克尔黑洞与标量头发，观察远离赤道平面，获得PYHOLE。
2016-09-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black Hole Spin Signature in the Black Hole Shadow of M87 in the Flaring State
对超大质量黑洞（SMBH）的邻近区域进行成像并提取BH自旋特征是天体物理学的重大挑战之一。M87被认为是对BH阴影成像的最佳目标之一，它可以部分厚以抵抗同步加速器自吸收（SSA），特别是在具有高质量吸积率的耀斑状态下。然而，很少有人知道的影响，SSA厚的区域对BH阴影图像。在这里，我们研究了M87在230 GHz下的BH阴影图像，并适当考虑了SSA厚区域。当BH具有高自旋值时，相应的BH阴影图像显示了由于Kerr时空中的标架拖曳效应，光子环中心与最内层稳定圆轨道（ISCO）处SSA厚环中心之间的位置偏移。结果发现，在BH阴影图像中，在光子环和SSA厚度的ISCO环之间通常会产生暗新月结构。暗新月的尺度大小随BH自旋的增加而增大：当BH自旋为最大值的99.8%时，暗新月的宽度可达$\sim 2$引力半径。暗新月被认为是一个高度旋转的黑洞的新特征。这一特征预计将出现在耀斑状态与相对较高的质量吸积率，而不是静止状态。通过对当前和未来的事件视界望远镜（EHT）阵列的假设，模拟了我们的理论图像的图像重建，发现未来的EHT（包括空间甚长基线干涉）在2020年代可以探测到暗新月。
2019-05-26 astro-ph.HE
Toward determining the number of observable supermassive black hole shadows
我们提出的阴影分辨超大质量黑洞（SMBH）系统，可以使用无线电干涉仪，作为角分辨率，通量密度灵敏度和观测频率的函数检测的数量估计。占跨质量，红移和吸积率的SMBHs的分布，我们使用一个新的半解析的光谱能量分布模型，推导出可检测的和光学薄的视界尺度发射SMBHs的数量。我们证明了以${\sim}0.1$ $μ$为分辨率和${\sim}1$ $μ$ Jy灵敏度的（亚）毫米干涉观测可以访问${>}10^6$ SMBH阴影。然后，我们进一步将阴影源计数分解为我们可以预期观察到一阶和二阶透镜光子环的黑洞数量。对一阶光子环的大量布居进行计数需要${\lesssim}2$ $μ$作为分辨率和${\lesssim}0.5$ mJy灵敏度，而对二阶光子环进行同样的计数需要${\lesssim}0.1$ $μ$作为分辨率和${\lesssim}5$ $μ$ Jy灵敏度。我们的模型预测，随着灵敏度的适度提高，多达$\sim$ 5的额外视界分辨源应该可以被当前的事件视界望远镜（EHT）访问，而在345 GHz观测的下一代EHT应该可以访问${\sim}$ 3倍的源。更一般地说，我们的研究结果可以帮助指导当前阵列的增强和未来干涉实验的规格，旨在空间解决大量的SMBH阴影或高阶光子环。
2022-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
