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A Study of Transient Very-High-Energy Gamma-Ray Emission from Gamma-Ray Bursts and Supernovae with H.E.S.S.

Lennarz, Dirk

German Title: Eine Studie transienter, sehr hochenergetischer Gammastrahlungs-Emissions aus Gammastrahlenblitzen und Supernovae mit H.E.S.S.

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Abstract

Gamma-ray bursts (GRBs) and supernovae (SNe) are well known examples of celestial transient events. Their tremendous energy release provides the ability to accelerate particles to the highest energies. The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes, covering gamma-ray energies between 100 GeV and 100 TeV (VHE range). In this work the H.E.S.S. data on GRBs are searched for VHE gamma-ray emission. Amongst them is the analysis of GRB 100621A, the brightest X-ray source so far detected by the Swift satellite. Measurements at lower energies make it a promising candidate within the sensitivity reach of the H.E.S.S. instrument, however no indication of VHE emission is found. The derived upper limits constrain the existence of additional spectral components and provide important input for understanding the emission process. Furthermore, H.E.S.S. pointing positions are compared to a recently created, unified SN catalogue in order to identify extragalactic SNe accidentally in the field of view during the observation of other targets. The analysis reveals no significant detection, which allows one to constrain possible VHE emission scenarios. This work also includes a technical discussion of the H.E.S.S. telescope pointing accuracy. A new approach, the SingleCCD concept, is discussed and evaluated, which is interesting for the next generation of imaging atmospheric Cherenkov telescopes.

Translation of abstract (German)

Gammablitze (GRBs) und Supernovae (SNe) sind bekannte Beispiele transienter Himmels-Ereignisse. Durch die enorme Menge an freigesetzter Energie haben sie die Möglichkeit, Teilchen auf die allerhöchsten Energien zu beschleunigen. Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) besteht aus vier abbildenden, atmosphärischen Tscherenkow-Teleskopen, die Gammastrahlungs-Energien zwischen 100 GeV and 100 TeV (VHE Bereich) abdecken können. In dieser Arbeit werden die H.E.S.S. Daten von GRBs auf VHE Gammastrahlungs-Emission untersucht. Unter ihnen ist auch die Analyse von GRB 100621A, der hellsten Röntgenquelle, die bisher vom Swift-Satellit detektiert wurde. Messungen bei niedrigeren Energien zeigen, dass es ein vielversprechender Kandidat innerhalb des Sensitivitätsbereichs des H.E.S.S. Instruments ist, allerdings wurden keine Anzeichen für VHE Emission gefunden. Die daraus ableitbaren Flussobergrenzen schränken die Existenz zusätzlicher spektraler Komponenten ein und geben einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Emissionsprozesses. Des Weiteren wurden die H.E.S.S.-Beobachtungsrichtungen mit einem kürzlich veröffentlichten, vereinigten SN-Katalog verglichen, um extragalaktische SNe zu identifizieren, die sich zufällig im Blickfeld bei der Beobachtung anderer Quellen befinden. Die Analyse zeigt keine signifikante Detektion, wodurch man mögliche VHE Emissions-Modelle einschränken kann. Diese Arbeit beinhaltet auch eine technische Diskussion der Genauigkeit der H.E.S.S. Teleskopausrichtung. Ein neuer Ansatz, das SingleCCD-Konzept, wird diskutiert und ausgewertet, welches interessant für die nächste Generation abbildender, atmosphärischer Tscherenkow-Teleskope ist.

Item Type: Dissertation
Journal or Publication Title: FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology
Supervisor: Hofmann, Prof. Dr. Werner
Volume: 26
Number: 10
Date of thesis defense: 17. October 2012
Date Deposited: 17. Jan 2012 13:55
Date: 2012
ISSN: 1530-6860
Page Range: pp. 4373-82
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Gamma-ray bursts , Supernovae , H.E.S.S. , Pointing
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