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Two exceptional flares of the active galaxy PKS 2155-304 at Very High Energy gamma-rays and their implications on blazar and fundamental physics

Buehler, Rolf

German Title: Zwei aussergewoehnliche Gamma-Strahlen Ausbrueche der Aktiven Galaxie PKS 2155-304 und ihre Implikationen fuer Blazar- und Fundamentalphysik

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In this work an analysis and interpretation of the Very High Energy (VHE, photon energy > 200 GeV) gamma-ray emission measured from the Active Galactic Nuclei (AGN) PKS 2155-304 is presented. The observations were carried out with the H.E.S.S. telescopes between 2005 and 2007. The source underwent two exceptional flares during this period, on 28 and 30 July 2006. The fluxes observed during these nights are among the highest ever observed in VHE astronomy and provided a very rich dataset. During the first flare the source showed a very fast flux variability (~200 s). No time delays could be observed between the emission at different photon energy bands; this lack of dispersion is used to set limits on the energy scale of Lorentz Invariance violations. The second flare was observed simultaneously by the Chandra X-ray satellite, yielding an unprecedented multi-wavelength view on this object. The most striking result of this night is a cubic decay of the gamma-ray flux as a function of the X-ray flux. Such a correlation can not be explained with current blazar models and points towards an X-ray emission from multiple regions within the AGN.

Translation of abstract (English)

In dieser Arbeit werden Messungen der Hochenergie Gamma-Strahlung (Photon Energie > 200 GeV) von der Aktiven Galaxie PKS 2155-304 praesentiert und interpretiert. Die Beobachtungen wurden zwischen 2005 und 2007 mit den H.E.S.S. Teleskopen durchgefuehrt. Waehrend dieser Zeit zeigte die Quelle zwei ausergewoehnlich starke Gamma-Strahlen Ausbrueche, am 28. und 30. Juli. Die Fluesse in diesen Naechten liegen mehr als einhundert mal ueber dem typischen Wert fuer diese Quelle, und gehoeren zu den hoechsten, die je in der Hochenergieastronomie gemessen wurden. Waehrend dem ersten Ausbruch wurde eine starke und schnelle Flussvariabilitaet gemessen, die ohne zeitliche Verzoegerung in allen Energiebaendern gleichzeitig auftritt. Das Fehlen einer messbaren Dispersion wurde genutzt, um untere Grenzen auf die Energieskala einer moeglichen Lorentz Invarianz Verletzung zu bestimmen. Waehrend dem zweiten Ausbruch, am 30. Juli, wurden die H.E.S.S. Beobachtungen gleichzeitig mit Beobachtungen des Chandra Roentgensatelliten durchgefuehrt. Eine der interessantesten Ergebnisse dieser simultanen Beobachtungen ist ein kubischer Abfall des Gamma-Strahlen Flusses als Funktion des Roentgen Flusses. Dies kann nicht mit ueblichen Blazar Modellen erklaert werden und deutet darauf hin, dass die Roentgenstrahlung aus mehreren Regionen in der Quelle stammt.

Document type: Dissertation
Supervisor: Hofmann, Werner
Date of thesis defense: 28 January 2009
Date Deposited: 13 Feb 2009 09:56
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
DDC-classification: 530 Physics
Controlled Keywords: Gravitation, Kosmische Strahlung, Aktive Galaxie, Aktiver galaktischer Kern
Uncontrolled Keywords: Active Gallaxy , Active Galactic Nuclei , Quantum Gravity , Cosmic Rays
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