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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Zorn, Justus
title: Cherenkov Camera and Analysis Development for Highest-Energy Gamma-Ray Astronomy
title_de: Entwicklung von Cherenkov-Kameras und einer Analysekette für die hoch-energetische Gammastrahlen-Astronomie
subjects: ddc-500
subjects: ddc-520
subjects: ddc-530
divisions: i-130001
adv_faculty: af-13
keywords: Gammastrahlen-Astronomie
abstract: Imaging atmospheric Cherenkov telescopes are used for the detection of highest-energy γ-rays. This thesis focuses on two experiments equipped with such telescopes: The operating High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) and the future Cherenkov Telescope Array (CTA). Four of the five H.E.S.S. cameras saw a major electronics upgrade a few years ago enabling improved readout and analysis techniques mainly at the highest energies. The Compact High-Energy Camera (CHEC) is a design for the Small-Sized Telescopes of CTA focusing on the detection of γ-rays with energies exceeding 1 TeV.
The first part of the thesis is dedicated to the characterisation of two CHEC prototype cameras developed successively: CHEC-M and CHEC-S. I present results of laboratory and on-telescope measurements for both cameras. In the case of CHEC-S, I focus on those parameters that had been shown to be performance-limiting in CHEC-M and which were therefore addressed in the design iteration for CHEC-S.
The second part is devoted to the upgraded H.E.S.S. cameras. I present results of Monte-Carlo simulation studies, analysis developments, and performance measurements using full-waveform readout. In the former case I demonstrate a general consistency between simulations and measurements, in the latter case I show that the use of full-sampled waveform readout improves the performance, especially at the highest energies.
In the last part, I present a new analysis of the Galactic γ-ray source HESS J1646–458 which is associated with Westerlund 1, the most massive stellar cluster in our Galaxy.
abstract_translated_text: Atmosphärische Cherenkov Teleskope werden zur Detektion von Gammastrahlen mit den höchsten Energien verwendet. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei Experimenten dieser Art: Das sich in Betrieb befindende High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) und das für die Zukunft geplante Cherenkov Telescope Array (CTA). Bei vier der fünf H.E.S.S. Kameras wurde vor einigen Jahren die Elektronik ausgetauscht, wodurch die Datenauslese und Analysetechniken, insbesondere bei den höchsten Energien, verbessert wurden. Die Compact High-Energy Camera (CHEC) ist ein Design für die sogenannten kleinen Teleskope von CTA, welche die Detektion von Gammastrahlen mit Energien oberhalb von 1 TeV ermöglichen.
Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Charakterisierung zweier CHEC Prototypen, welche nacheinander entwickelt wurden: CHEC-M und CHEC-S. Hierzu präsentiere ich Ergebnisse, welche sowohl bei Messungen im Labor als auch bei Teleskop-Messkampagnen erzielt wurden. Bei den Ergebnissen von CHEC-S konzentriere ich mich insbesondere auf Parameter, welche bei den Tests mit CHEC-M leistungslimitierende Probleme aufgezeigt hatten, und deshalb bei der Überarbeitung des Designs für CHEC-S berücksichtigt wurden.
Der zweite Teil beschäftigt sich mit den aufgerüsteten H.E.S.S. Kameras. Hierbei zeige ich Studien zu Monte-Carlo Simulationen, welche die Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation insgesamt verbesserten, sowie die neu entwickelte Analysekette im Zusammenhang mit der Auslese der vollständigen Wellenformen der Cherenkov-Lichtsignale, wodurch verbesserte Ergebnisse insbesondere bei den höchsten Energien erwartet werden.
Im letzten Teil präsentiere ich eine neue Analyse der galaktischen Gammastrahlenquelle HESS J1646–458, welche mit Westerlund 1, dem massereichsten Sternenhaufen in unserer Galaxie, assoziiert wird.
abstract_translated_lang: ger
date: 2020
id_scheme: DOI
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ppn_swb: 1687618100
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-276144
date_accepted: 2019-12-18
advisor: HASH(0x558eaa6cea58)
language: eng
bibsort: ZORNJUSTUSCHERENKOVC2020
full_text_status: public
place_of_pub: Heidelberg
citation:   Zorn, Justus  (2020) Cherenkov Camera and Analysis Development for Highest-Energy Gamma-Ray Astronomy.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/27614/2/JZ-PhDThesis-university-submitted-version-d2019-11-05.pdf