Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Разработана полная теория для расчета наблюдаемых параметров Стокса для излучения, испускаемого с поверхности быстро вращающейся нейтронной звезды в метрике Шварцшильда. В разработанной теории учитывается вращение плоскости поляризации за счет эффектов специальной и общей теории относительности на пути от поверхности звезды до наблюдателя, и сплюснутость нейтронной звезды у полюсов вследствие её быстрого вращения. Разработана модель образования поляризованного излучения при комптонизации в плоскопараллельном слое на поверхности нейтронной звезды заполненном релятивистской электронной плазмой. Для расчёта переноса излучения в изотермическом слое с учётом обратного эффекта Комптона написан компьютерный код, который позволяет моделировать профили импульса аккрецирующих миллисекундных пульсаров и его поляризационные параметры для различных параметров нейтронных звезд и слоя плазмы в аккреционной ударной волне. Код лежит в репозитории на GitHub https://github.com/belliavesha/CompSlab. Рассчитан ряд поляризационных спектров аккреционных дисков низкой светимости вокруг черных дыр звездных масс. Локальные поляризационные спектры рассчитывались методом моделей атмосфер, а при вычислении интегрированного спектра, видимого удаленным наблюдателем, учитывались все релятивистские эффекты. Разработана модель широкополосной поляризации горячего аккреционного потока вокруг черных дыр при комптонизации излучения для разных темпов аккреции. Результаты позволяют сделать предсказания об эволюции поляризации в течение вспышки аккрецирующих черных дыр и уже сейчас промоделировать недавние наши оптические поляризационные наблюдения черной дыры MAXI J1820+070, где мы сможем получить ограничения на температуру электронов в аккреционном потоке. Выполнена работа по моделированию аккреционных колонок в рентгеновских пульсарах различной светимости и напряженности магнитного поля. Рассмотрены все источники непрозрачности в аккрецирующей плазме, состоящей из солнечной смеси водорода и гелия. Учтено влияние электронно-позитронных пар на уравнение состояния плазмы и ее непрозрачность. Разработана методика расчета спектров таких колонок в двух поляризационных модах, что делает принципиально возможным расчет поляризационного сигнала от таких колонок. Проведена работа по подготовке программы наблюдений аккрецирующих нейтронных звезд обсерваторией IXPE. Отобраны наиболее перспективные мишени из разных классов объектов. На основе симуляций наблюдательных данных для каждого источника были оценены необходимые времена экспозиции и количество наблюдений. Смоделированы рентгеновские поляриметрические данные обсерватории IXPE для аккрецирующих миллисекундных пульсаров, таких как например SAX J1808.4–3658. По симулированным данным были получены апостериорные плотности вероятности для свободных параметров модели.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Выполнены расчеты поляризационных свойств выходящего излучения для стандартных аккреционных a-дисков высокой светимости вокруг черных дыр звездной массы, внутренние зоны которых доминированы давлением излучения. Локальные модели дисков по z- координате рассчитывались методом моделей атмосфер. Показано, что степень поляризации вблизи фотоионизационных скачков поглощения может доходить до 20% при больших углах выходящего излучения к локальной нормали. Степень поляризации излучения, испускаемого на разных радиусах диска, может быть как выше на энергиях меньших предела ионизации, чем на больших энергиях, так и наоборот, в зависимости от отношения истинной непрозрачности к электронному рассеянию. Рассмотрена задача о переносе поляризованного излучения от аккреционного диска вокруг компактного объекта до удаленного наблюдателя с учетом релятивистских движений и гравитационного отклонения света. Получены аналитические выражения для вращения плоскости поляризации с учетом всех релятивистских эффектов в метрике Шварцшильда. Написан код, который ускоряет расчеты поляриметрических изображений в сотни раз по сравнению со стандартными методами. Проведены сравнения теории с точными расчетами поляризации от дисков в метрике Керра с параметрами спина от a=0 до 0.8. Показано, что аналитическая модель на энергиях фотонов вблизи пика эмиссии дает хорошую точность по крайней мере вплоть до a=0.5-0.8. Рассчитаны спектры поляризации горячего комптонизирующего слоя вещества вокруг черных дыр для разных геометрий, энергии затравочных фотонов и наклонений орбиты по отношению к наблюдателю. Полученные зависимости степени поляризации от энергии сильно отличаются в разных геометриях, что позволяет с большой достоверностью определить геометрию горячего вещества. Разработана модель комптонизации поляризованного излучения в ударной волне на поверхности НЗ. В качестве начального приближения мы рассмотрели изотермическую модель ударной волны, где чернотельное излучение с поверхности НЗ рассеивается в горячем слое электронной плазмы. Полученные значения поляризации значительно отличаются от модели томсоновского рассеяния в меньшую сторону. Рассчитаны десятки тысяч моделей на подробной сетке параметров: электронная температура, оптическая толщина, и температура затравочных фотонов. Для каждой модели получены параметры Стокса выходящего излучения на 11 углах и >100 энергий фотонов. Написан код для определения параметров модели при фитировании данных с помощью метода Монте-Карло с марковскими цепями. Изучены поляризационные свойства излучения, испускаемого горячими пятнами на поверхности нейтронных звезд, нагреваемых свободно падающим аккреционным потоком солнечного химического состава. Предполагалось, что атмосфера нейтронной звезды нагревается при этом кулоновскими столкновениями быстрых ионов потока с электронами атмосферы. Было выяснено, что степень поляризации является положительной на энергиях фотонов 1-20 кэВ, и может достигать 10% для излучения, выходящего бод большими углами к локальной нормали пятна. На более низких и более высоких энергиях степень поляризации отрицательная, и также может достигать нескольких процентов. Проведено моделирование синтетических данных обсерватории IXPE для рентгеновских пульсаров с разными свойствами. Разработан набор программ, позволяющих получить финальные научные продукты из данных, структура которых идентична той, которая будет реализована в реальных данных с обсерватории. Создан набор математических процедур, позволяющий анализировать зависимость параметров Стокса от фазы вращения пульсара, получаемые из наблюдательных данных. Используя алгоритм Марковской цепи Монте Карло по симулированным данным были получены апостериорные плотности вероятности для свободных параметров модели.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
При помощи рентгеновской поляриметрической обсерватории IXPE проведены наблюдения трех докритических рентгеновских пульсаров, Cen X-3, Her X-1 и 4U 1626–67. Показано, что вопреки теоретическим ожиданиям, все исследованные объекты обладают низкой степенью поляризации, достигающей в максимуме около 15%. Для двух пульсаров, Cen X-3 и Her X-1, была открыта значительная переменность степени поляризации и угла поляризации как функции фазы вращения нейтронной звезды. Данная информация была использована для ограничения геометрических параметров данных пульсаров в рамках модели вращающегося вектора (RVM). Низкая степень поляризации, в свою очередь, была объяснена инвертированной структурой атмосферы нейтронной звезды с перегретым верхним слоем. Еще одной возможностью является смешением излучения двух полюсов, видимых под разными углами. Проведены рентгеновские поляриметрические наблюдения ЧД Лебедь Х-1 обсерваторией IXPE. Степень поляризацией объекта в жестком состоянии оказалась 4%, что гораздо больше ожидаемой. Поляризационный угол с хорошей точностью совпал с направлением джета. Это дало возможность доказать, что излучающая область должна быть вытянута перпендикулярно джету и параллельно орбитальной плоскости. Были рассчитаны модели широкополосных спектров и поляризации при комптонизации в различных геометриях. Получено хорошее согласие с данными по Лебедь Х-1 в моделях усечённого диска-горячего потока. Имеющиеся модели также позволили сделать предсказания для поляризационных свойств (спектра, амплитуды переменности и наличие гармоник) квази-периодических осцилляций, в частности, для ЧД MAXI J1820+070, для которого большая амплитуда осцилляций свидетельствует о большой несоосности. Это было подтверждено в нашей работе по спокойному состоянию этой системы. Будущие наблюдения ЧД в состоянии вспышки смогут проверить эти предсказания с помощью рентгеновской поляриметрии. Проведены рентгеновские поляриметрические наблюдения слабозамагниченных НЗ обсерваторией IXPE GS 1826-238 и Cyg X-2. В первом объекте поляризация не была задетектирована, получен 3 сигма верхний предел в 1.3%, что дало позволило получить ограничения на геометрию источника и угол наклона орбиты <40°. В Cyg X-2 средняя поляризация оказалась только 1.8%, но было показано, что жесткая компонента поляризована на уровне 4.0%. Интересно, что ПУ совпадает с направлением радиоджета. Это дало возможность показать, что основным источником поляризационного сигнала является слой растекания на НЗ или отражение этого излучения от аккреционного диска. Выполнены расчеты поляризационных свойств выходящего излучения для стандартных аккреционных α-дисков вокруг ЧД звездной массы, внутренние зоны которых доминированы давлением излучения, а наружные газовым давлением. Локальные модели дисков по z-координате рассчитывались методом моделей атмосфер. Показано, что степень поляризации вблизи фотоионизационных скачков поглощения может доходить до 20% при больших углах выходящего излучения к локальной нормали. Степень поляризации излучения, испускаемого на разных радиусах диска, может быть как выше на энергиях меньших предела ионизации, чем на больших энергиях, так и наоборот, в зависимости от отношения истинной непрозрачности к электронному рассеянию. Рассмотрена задача о переносе поляризованного излучения от аккреционного диска вокруг компактного объекта до удаленного наблюдателя с учетом релятивистских движений и гравитационного отклонения света. С помощью аналитического выражения для вращения плоскости поляризации был осуществлён переход от рассчитанных локальных спектров к наблюдаемым. Проведены сравнения теории с точными расчетами поляризации от дисков в метрике Керра с параметрами спина от a=-1 до 0.8. Показано, что аналитическая модель на энергиях фотонов вблизи пика эмиссии дает необходимую точность и может использоваться для быстрого преобразования локальных спектров в наблюдаемые.