German Title: Eine systematische Untersuchung von Supernovaüberresten mit H.E.S.S.

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Abstract

Supernova remnants (SNRs) are the remainders of extremely energetic explosions occurring at the end of a star's life. With the energy released during the supernova explosion they are believed to accelerate charged particles to energies of up to 10^15 eV. In the very-high-energy (VHE, > 10^11 eV) gamma-ray band, SNRs represent one of the most populous classes of Galactic sources. Due to its unprecedented sensitivity, H.E.S.S. was the first instrument to allow for a morphological resolution of individual SNRs, proving the existence of particle acceleration and subsequent VHE gamma-ray emission. However, to date many more SNRs are known in the radio waveband than in VHE gamma-rays. This work presents a systematic study of the VHE gamma-ray signal of a sample of around 200 radio SNRs. The VHE gamma-ray-signal of these SNRs is studied individually. Besides the spatial correlation of radio SNRs and VHE gamma-ray sources, the measured flux of VHE gamma-rays is compared to theoretical flux predictions. These predictions are based on assumptions of the total explosion energy, the particle acceleration effciency, the density of the surrounding medium and the distance of the SNRs. The results presented here suggest that these parameters can vary strongly for individual SNRs. Future observations of SNRs in VHE gamma-rays and other wavebands will help to constrain the parameter space and will allow to further discuss acceleration mechanisms in SNRs.

Translation of abstract (German)

Das Leben eines massiven Sterns endet in einer Supernovaexplosion. Dabei werden große Massen von Materie in das interstellare Medium geschleudert und gewaltige Energiemengen freigesetzt. Vom verbleibenden Supernovaüberrest wird weithin angenommen, dass dort geladene Teilchen auf Energien von bis zu 10^15 eV beschleunigt werden können. Im Wellenlängenbereich der sehr hochenergetischen Gamma-Strahlung (> 10^11 eV) gehören Supernovaüberreste zu den zahlenmäßig dominanten Klassen galaktischer Quellen. Dank der herausragenden Empfindlichkeit des H.E.S.S.-Detektors konnte die Morphologie mehrerer Supernovaüberreste aufgelöst werden und somit ein Zusammenhang zwischen Teilchenbeschleunigung in Supernovaüberresten und sehr hochenergetischer Gamma-Strahlung hergestellt werden. Dennoch sind im Radiowellenlängenbereich wesentlich mehr Supernovaüberreste bekannt als bisher im Gamma-Bereich detektiert wurden. In der vorliegenden Arbeit wird erstmals eine systematische Untersuchung von etwa 200 im Radiobereich bekannten Supernovaüberresten präsentiert. Der gemessene hochenergetische Gamma-Fluss wird mit einem theoretisch ermittelten Wert verglichen, der auf Annahmen der Gesamtenergie der Supernovaexplosion, der Beschleunigungseffizienz der Teilchen im Supernovaüberrest, der Umgebungsdichte und der Entfernung basiert. Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen die Abweichung dieser Parameter vom angenommen Wert fuer viele Überreste. Zukünftige Beobachtungen im sehr hochenergetischen Gamma-Bereich und anderen Wellenlängen können daher einen wichtigen Beitrag liefern, die Parameter einzuschränken und Beschleunigungsmechanismen in Supernovaüberresten genauer zu untersuchen.