用Python搓一个黑洞

简介

黑洞图像大家都知道,毕竟前几年刚发布的时候曾火遍全网,甚至都做成表情包了。

用Python搓一个黑洞

问题在于,凭什么认为这就是黑洞的照片,而不是一个甜甜圈啥的给整模糊了得到的呢?有什么理论依据吗?

单位制

利用einsteinpy模块中的Shadow类,可以实现黑洞吸积盘的发射强度,换言之,用理论模拟一下黑洞的照片应该是什么样子的。

22年5月份发布的是人马座A*的照片,这个”黑洞”的质量为用Python搓一个黑洞kg,距离地球26673光年。

根据源码推测,einstenipy中采用几何单位制,光速和万有引力常数设为1, 即用Python搓一个黑洞。现设几何单位制下的时间、距离以及质量单位为用Python搓一个黑洞,国际制单位为用Python搓一个黑洞,若以时间单位秒为基本单位,即用Python搓一个黑洞,由于几何单位制下光速用Python搓一个黑洞,则可得到距离单位的换算关系

用Python搓一个黑洞

同理,根据万有引力常数可得到质量单位的换算关系

用Python搓一个黑洞

所以质量和距离可以分别表示为

用Python搓一个黑洞

观测绘图

尽管我们在地球上观测这个黑洞,但由于相机镜头等因素,实际上肯定不能用这么大的尺度来观测,所以稍微选一个差不多的距离就好

import astropy.units as u
from einsteinpy.rays import Shadow
mass = 1.98 * u.kg         
fov  = 100 * u.km
shadow = Shadow(mass=mass, fov=fov, n_rays=1000)

shadow就是其发射模型,其内部用于绘图的主要成员有

下面绘制一下不同距离处的发射强度

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(shadow.fb1, shadow.intensity, "r")
plt.plot(shadow.fb2, shadow.intensity, "r")
plt.xlabel("Impact Paramter (b)")
plt.ylabel("Intensity (Emissivity)")
plt.title("Intensity Plot")
plt.grid()
plt.show()

结果如下图所示,果然中间凹了下去

用Python搓一个黑洞

einsteinpy内嵌了绘图函数,通过ShadowPlotter(shadow, is_line_plot=True)可以更加方便地绘制上述图像,如果将is_line_plot设为False,则可得到强度分布图

from einsteinpy.plotting import ShadowPlotter
obj = ShadowPlotter(shadow=shadow, is_line_plot=False)
obj.plot()
obj.show()
plt.show()

用Python搓一个黑洞

这样一看是不是觉得和前面的那个甜甜圈确有相似之处。

这个模型是根据Cosimo Bambi的文章编写的,论文地址在这:Cosimo Bambi, 10.1103/PhysRevD.87.107501。本来合计着把这篇文章的公式啥的粘过来解读一下,但考虑到贴在这也没人看,想想还是算了。

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