Polarisation properties of X-ray emission from accreting supermassive black holes

Abstract

Tato disertační práce se zabývá polarizací rentegenového záření charakteristickou pro astrofyzikální prostředí v blízkosti akreujících černých děr. Byť název a původní zadání vymezuje problematiku supermasivních černých děr v aktivních galaktických já- drech, výsledky práce lze do velké míry aplikovat také na černé díry o hmotnosti hvězd uvnitř rentgenových binárních systémů. Představeno je vícero numerických modelů před- povídajících polarizaci emise z těchto zdrojů v rentgenovém oboru, včetně jejich přímé aplikace v rámci interpretace nejnovějších pozorování získaných díky misi Imaging X- ray Polarimetry Explorer (IXPE, v provozu od prosince 2021). Modelování pokrývá oblasti od přenosu záření v atmosférách akrečních disků, k obecně-relativistickým vlivům na rentgenové světlo ve vakuu v blízkosti centrálních černých děr, až k interakci záření se vzdálenými komponentami obklopujícími akreční jádro. Problematika je zkoumána na široké škále fyzikální a početní komplexity. Jednotícím prvkem práce je zaměření na odraz rentgenových paprsků od částečně ionizované hmoty. 1

This dissertation elaborates on X-ray polarization features of astrophysical environ- ments near accreting black holes. Although the work was originally assigned to su- permassive black holes in active galactic nuclei, the results are also largely applicable to stellar-mass black holes in X-ray binary systems. Several numerical models predicting the X-ray polarization from these sources are presented, including their immediate ap- plications in the interpretation of the latest discoveries achieved thanks to the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) mission that began operating in December 2021. The modeling ranges from radiative transfer effects in atmospheres of accretion discs to general-relativistic signatures of X-rays travelling in vacuum near the central black holes to reprocessing events in distant, circumnuclear components. Various scales in phys- ical and computational complexity are examined. A unifying element of this dissertation is the focus on reflection of X-rays from partially ionized matter. 1