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Gamma-ray burst studies using the H.E.S.S. Cherenkov array

Tam, Pak Hin

German Title: Untersuchungen von Gammastrahlenblitze mit Hilfe der H.E.S.S. Tscherenkow-Anlage

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Abstract

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most intense and unpredictable gamma-ray events from the Universe. Without prior signal, an enormous amount of energy is released for seconds, energizing particles and generating the observed 10e5-10e6 eV gamma-ray photons. The emitting regions can produce Very-High-Energy (VHE) gamma-ray photons of energy about 10e11 eV during and after the burst. These VHE gamma-rays may be attenuated in the source or by the extragalactic background light (EBL). The H.E.S.S. array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACT) is sensitive to VHE gamma-rays. H.E.S.S. observations of 34 GRBs were carried out during 2003-2008, with the shortest response time being six minutes. No evidence of VHE gamma-rays was found. Flux upper limits derived for GRB030329 and GRB060505 are compared and are found consistent with the synchrotron self-Compton flux calculated in the context of relativistic blast-wave model. Absorption by EBL was taken into consideration. Accidentally, GRB060602B was observed with H.E.S.S. throughout the GRB duration, during which no signal of VHE gamma-rays was found. The distance scale and origin of GRB060602B remain unclear and different possibilities and implications are presented. Future prospects of VHE gamma-ray observations of GRBs are discussed.

Translation of abstract (German)

Gammastrahlenblitze (engl. gamma-ray bursts, GRBs) sind gewaltige Ausbrüche der Gammaquanten (etwa 10e5-10e6 eV), die im Universum entstehen. Eine große Menge Energie wird sekundenschnell ausgelöst. Mit dieser Energie werden Teilchen beschleunigt und Gammastrahlung erzeugt. Gleichzeitig oder gleich nach dem Blitz kann das Emissionsgebiet sehr hochenergetische (engl. very-high-energy, VHE; etwa 10e11 eV) Gammastrahlung erzeugen, die aber wegen anderer Gammas und des extragalaktischen Hintergrundlichts (engl. extragalactic light, EBL) auf ihrem Weg zur Erde abgeschwächt werden könnten. H.E.S.S. ist eine aus vier abbildenden Tscherenkow-Teleskopen bestehende Anlage in Namibia, die für VHE-Gammastrahlung empfindlich ist. Beobachtungen von 34 GRBs mit H.E.S.S. zwischen 2003 und 2008 wurden ausgeführt. Die meisten Beobachtungen fingen einige Minuten bis Stunden nach dem GRBs an. Kein Beweis für VHE-Gammastrahlung wurde geliefert. Im Rahmen eines relativistischen Expansionswelle-Modells werden die Flüssen aus der Synchrotron-Selbst-Comptonisierung (SSC) mit der experimentellen Daten von GRB030329 und GRB060505 vergleichen. Das Modell ist mit den Daten kompatibel. Wechselwirkungen mit dem EBL wurden berücksichtigt. GRB060602B wurde während seiner ganzen Zeitdauer zufällig von H.E.S.S. beobachtet, wobei kein Beweis für VHE-Gammastrahlung gefunden wurde. Die Entfernung und der Ursprung des GRB060602B bleiben jedoch unklar. Darum werden verschiedenen Möglichkeiten und deren Auswirkungen diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wird versucht, eine Aussicht auf die Messung der VHE-Gammastrahlung aus den GRBs zu geben.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wagner, Prof. Dr. Stefan
Date of thesis defense: 17. December 2008
Date Deposited: 12. Feb 2009 12:17
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Landessternwarte
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Astrophysik, Hochenergieastronomie, Cerenkov-Strahlung
Uncontrolled Keywords: GammastrahlenblitzeAstrophysics, High-energy astronomy , Cherenkov radiation , Gamma-ray bursts
Additional Information: Teile in: The Astrophysical Journal, 10.1088/0004-637X/690/2/1068
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