ベストアンサー
非回転（球対称）ブラックホールの場合、光子球は重力が強い球形の空間領域です。光子（軽い粒子）が軌道を移動することを余儀なくされるのに十分です。これは、光子がブラックホールの周りを移動し、最終的には落下またはスパイラルアウトすることを意味します。これは不安定な軌道であるため、どちらか一方を実行する必要があります。他の質量や重力波などからの小さな摂動は常にあり、光子は正確な古典的粒子軌道に従う代わりに回折します。
光子球はブラックホールの周りに存在し、そこでは「衝撃パラメータ」（オフセット距離ブラックホールから）は、フォトンがキャプチャされるのに十分な境界線上にあります。
画像ソース： RealClearScience （編集）
光子がブラックホールのイベントホライズン（それを超えると光が逃げられない領域）に近づくと、十分な角運動量を持つ光子は回避します出口コーン（オレンジ色のパス）と呼ばれるほぼ接線方向に移動することでブラックホールに引き込まれます。
上の光子この円錐の境界には、bの重力をうまく逃れるのに十分な角運動量がありません。穴がなく、代わりに一時的にブラックホールを周回します（青い道）。これらの軌道は不安定です。つまり、ブラックホールの周りで有限の角度で曲がった後、光子は落下するか曲がって元に戻ります。例えとして、下のビデオでフォトンがブラックホールにどのように渦巻くかを見てください。
画像：copyright ©2017MartinSilvertant。 All rightsreserved。
光子球は、シュワルツシルト半径（ブラックホール事象の地平線のサイズを定義する半径）の1.5倍の位置にあります。ブラックホールから離れるほど、重力は弱くなり、半安定軌道を維持するのに十分な重力があるのは光子球です。
軌道上の光子の興味深い点は、それらは前の軌道と同じ場所を通過することができます。これは、シュワルツシルト半径の1.5倍のブラックホールの上に自分自身を保持している場合、かなり興味深い効果をもたらす可能性があります。 （3つのシュワルツシルト半径内に安定した軌道はありません。）
たとえば、後頭部から反射された光子はブラックホールの周りを移動し、潜在的にあなたの場所に近づいてあなたの目に入るでしょう。 。そのため、効果的に自分の頭の後ろを見ていることになります！
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もちろん、実際には、個々の光子は互いにわずかに異なる軌道をたどるので、たとえそれらのいずれかが完全ではなく、あなたとまったく同じ場所を通過したとしても頭の裏側の画像には、（目に入るごくわずかな光子からの）斑点しか見えませんが、実際には頭のどの部分としても識別できません。
軌道についてもっと読むスティーブン・セリプスキーの「光を軌道に乗せることができるか」という答えのブラックホールの周り
答え
光子は、検出器に吸収されるまで方向や場所がありません。光子を放出する電子は無線アンテナと同じことを行い、特定の「放射パターン」でEMを放出することを常に忘れないでください。ただし、フィールドエネルギーは連続的ではなく量子化されます（光子は小さな弾丸のようなものではありません。体積を埋める量子場のエネルギーステップ。）
はい、電子の放出の確率波関数は球です。速度cで拡大しますが、この球で光子が見つかる確率は、ダイポールアンテナのパワー密度と同じです。球の「赤道」の周りに強い円形のバンドがあり、電気分極がこの円に垂直です。したがって、球の「赤道」で最大の光子確率を持ち、極でゼロの確率を持つEM球波に似たものができます。 （球のパターンはトーラスの影に似ています。）
単一の電子はどうですか？電子の加速の方向がランダムである場合（原子遷移の場合のように不確実）は常に、光子の球形の確率分布は残りますが、その表面での光子確率のパターンの方向は不確実です。その場合、「極」と「赤道」はどこにでも配置でき、光子の偏光はすべての可能な値に広がります。
PS
また、明確に定義された光子エネルギーの場合、拡大する球の「厚さ」が大きくなることに注意してください。単一周波数の光子は、無限の数のEM波サイクルを持たなければならず、放出は無限に続きます！より現実的なのは、線幅が狭く、EM放出がかなりの時間、ただし無限ではない持続する原子放出です。狭帯域の発光は、連続的に膨張する「厚い中空球」に似ており、各光子は最終的に拡大する球形層内のどこかに見つかります（もちろん、赤道で最大、極に穴があります）。
BTW、ここにありますOSAからの物理学エッセイの非常にクールなコレクション：光の性質：光子とは https://www.sheffield.ac.uk/polopoly\_fs/1.14183!/file/photon.pdf
AJPジャーナルのArtHobsonの不満も参照してください。ほとんどの学部生のQM教科書が、光子/量子に関する一連の誤解を普遍的に生み出していると不満を述べています： https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1204/1204.4616.pdf 2012 AJP、「粒子はなく、フィールドだけがあります。」