Es handelt sich um einen ausgezeichneten Orbit um Schwarze Löcher für Photonen (Lichtteilchen), der instabil ist. Die Photonen können auf diesem Orbit im Prinzip unendlich lange das Schwarze Loch umkreisen, jedoch müssen sie zuvor unter geeigneter Richtung in diesen Orbit injiziert werden.

Photonenorbit und Penrose-Prozess

Es gibt einen bestimmten Penrose-Prozess, bei dem im Photonenorbit eingefangene Photonen relevant sind, um mit radial einfallenden Photonen ein Paarplasma zu erzeugen. Das so erzeugte (leptonische) Paarplasma könnte die Jets speisen, die in unmittelbarer Umgebung von Schwarzen Löchern entstehen.

Berechnung des Photonenorbits

Die Definition des Photonenorbits steht in der Gleichung oben rechts, wobei a der Kerr-Parameter und M die Masse des Schwarzen Loches sind. Wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie üblich, wurden geometrisierte Einheiten (G = c = 1) verwendet, so dass der Photonenorbit in Einheiten der Masse M angegeben wird.
Es ist leicht nachzurechnen der Photonenorbit für die Schwarzschild-Lösung (a = 0) bei 3 Gravitationsradien (oder 1.5 Schwarzschildradien) liegt. Für den maximalen Kerr-Fall (a = M) ist der Photonenorbit identisch mit dem Ereignishorizont und liegt bei nur einem Gravitationsradius.

Photonensphäre ≠ Photosphäre

Als Photonensphäre bezeichnet man dementsprechend die Fläche um ein Schwarzes Loch, auf der alle instabilen Photonenorbits liegen. Dies ist bitte nicht zu verwechseln mit der Photosphäre von Sternen, wie der Oberfläche von der Sonne, aus der der Großteil der Strahlung stammt (s.u.).