German Title: Erforschung der hochenergetischer Gammaaustrahlung aus extragalaktischen Objekte mit dem H.E.S.S. Experiment

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Abstract

Very-high-energy (VHE) gamma-ray astronomy has opened a unique window into the Universe of the highest energies, allowing one to efficiently investigate the question of the origin of high-energy cosmic rays. The H.E.S.S. array of four Imaging atmospheric Cherenkov (IACT) telescopes is utilised in this work to search for VHE gamma-rays from selected candidate extragalactic objects that are expected to contain significant populations of cosmic rays: galaxy clusters Abell 496, Abell 85, Coma cluster, Abell 754, Centaurus cluster and Hydra A, starburst galaxies NGC 253 and M 83, from an ultraluminous infrared galaxy Arp 220 and from an active galactic nucleus (AGN), RGB J0152+017. The instrument is described, giving an overview of the IACT technique, the data acquisition, data-quality determination, calibration, performance, and the actual analysis that was used to obtain the results. In the starburst galaxy NGC 253, a hint of a VHE signal is found at a ~3 sigma significance level. No significant VHE signal is found from the remaining non-AGN objects, and upper limits are presented. The upper limits of Abell 85 and Abell 496 are used to constrain the non-thermal to thermal energy ratio, which is ~8% for Abell 85 and is thus challenging theoretical estimates. The AGN, RGBJ0152+017, is in this work discovered in VHE gamma rays and its first-time broad-band spectral energy distribution is presented. While no new type of a VHE emitter is established, the presented theoretical expectations are very promising for the planned CTA observatory.

Translation of abstract (German)

Hochenergetische Gamma-Astronomie hat in der letzten Jahre ein einzigartiges Fenster in das Universum der h¨ochsten Energien eröffnet. Das H.E.S.S. Experiment, bestehend aus vier abbildenden atmosphärischen Cherenkov Teleskopen, wurde in dieser Arbeit verwendet, um nach der Gammastrahlung von ausgewählten extragalaktischen Objekten zu suchen. Die untersuchten Objekte sind die Galaxienhaufen Abell 496, Abell 85, Coma cluster, Abell 754, Centaurus cluster und Hydra A, die “starburst” Galaxien NGC 253 und M 83, die im Infrarot ultraleuchtkräftige Galaxie Arp 220 und der aktive galaktische Kern (AGN), RGBJ0152+017. Anhand des H.E.S.S. Experiments wird die Technik, die Datenaufnahme, die Datenqualitätüberprüfung, die Kalibrierung und die Sensitivität beschrieben. Weiterhin wird die Datenanalyse, mit der die Ergebnisse gewonnen wurden, dargestellt. Im Falle der Galaxie NGC 253 wurde ein mögliches Signal mit der Signifikanz ~3 sigma gefunden. Es wurde kein signifikantes Signal von den anderen nicht-AGN Objekten gemessen und es wurden Flußobergrenzen hergeleitet. Die Flußobergrenze von Abell 85 wird benutzt um Obergrenze für das Verhältniss der Energie der nicht-thermischen und der thermischen Komponente des Galaxienhaufens zu berechnen ~8 %. Weiterhin wird die Entdeckung des AGNs, RGBJ0152+017, präsentiert, und die spektrale Energieverteilung über mehrere Wellenlängenbereiche für dieses Objekt erstmals gezeigt. Abschließend wird das Potential des zukünftigen CTA Observatorium diskutiert.