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Characterising light concentrators for CTA and optimising the data selection to improve angular resolution and sensitivity

Pürckhauer, Stephanie Sabina

German Title: Charakterisierung von Lichtkonzentratoren für CTA und Optimierung der Datenselektion zur Verbesserung von Winkelauflösung und Sensitivität

[img] PDF, English (Dissertation) - main document
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Abstract

The Cherenkov Telescope Array (CTA) is the next generation ground-based observatory for gamma-ray astronomy that will reach a performance unprecedented in the field. This thesis focuses on optimising this performance in the core energy range of CTA around 1 TeV. In a first part, the wavelength-dependent angular efficiency of light concentrators for the camera system FlashCam, proposed for the medium size telescopes of CTA, is determined with a dedicated test system. For hexagonal concentrators with three reflective coatings a signal-to-noise ratio enhancement of 2.2 compared to a camera without concentrators is observed. By varying the distance between concentrators and photo-sensors, a fine-adjustment of the angular efficiency increases this ratio by another 3%-5%. In a second part, the angular resolution and the sensitivity of CTA are studied by means of simulations. By optimising different quality selection cuts on telescope data, sensitivity enhancements of 20%-40% compared to the CTA requirements are reached and 30%-40% for the angular resolution. With the optimised cuts, spatially extended emission models of the radio galaxy Centaurus A are investigated and it is found that the optimised angular resolution of CTA allows for different theoretical emission models to be discriminated based on the predicted emission regions.

Translation of abstract (German)

Das Cherenkov Telescope Array (CTA) ist das bodengebundene Observatorium für Gammastrahlenastronomie der nächsten Generation mit einer in diesem Feld bislang unerreichten Empfindlichkeit. Diese Arbeit konzentriert sich darauf, die Empflindlichkeit von CTA im Hauptenergiebereich um 1 TeV zu optimieren. Im ersten Teil wird mit einem speziellen Tes- taufbau die wellenlängenabhängige Winkeleffizienz von Lichtkonzentratoren für FlashCam bestimmt. FlashCam ist ein Kamerasystem, das für die mittelgroßen Telescope von CTA be- stimmt ist. Mit hexagonalen Konzentratoren mit drei reflektierenden Beschichtungen wird das Signal-zu-Rauschverhältnisses gegenüber einer Kamera ohne Lichtkonzentratoren um einen Faktor 2.2 verbessert. Durch das Variieren des Abstands zwischen Konzentrator und Licht- sensor ist eine Feinabstimmung der Winkeleffizienz möglich, die das Verhältnis um weitere 3%-5% steigert. Im zweiten Teil wird die Winkelauflösung und die Sensitivität von CTA mit Hilfe von Simulationen untersucht. Durch die Optimierung unterschiedlicher Auswahlkriterien für eine bessere Datenqualität kann die Sensitivität um 20%-40% im Vergleich zu den Anforderungen von CTA verbessert werden, die Winkelauflösung sogar um 30%-40%. Mit diesen optimierten Auswahlkriterien werden Modelle der Radiogalaxie Centaurus A mit räumlich ausgedehnter Strahlung untersucht. Die verbesserte Winkelauflösung von CTA macht es möglich, zwischen unterschiedliche theoretische Strahlungsmodelle aufgrund ihrer vorhergesagten Strahlungsherde zu unterscheiden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hinton, Prof. Dr. James A.
Date of thesis defense: 31 October 2018
Date Deposited: 07 Nov 2018 09:15
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Service facilities > Graduiertenschulen > Graduiertenschule Fundamentale Physik (HGSFP)
Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Gammaastronomie
Uncontrolled Keywords: Cherenkov Telescope Array Light concentrators Event reconstruction Centaurus A
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