Kurzfassung
Als Produkte der Supernova-Explosion SN 1054 beherbergen sowohl der Krebspulsar als auch sein umgebender Nebel starke Orte der Teilchenbeschleunigung. Sie beschleunigen relativistische Elektronen, die durch ihre Synchrotron- und inverse Compton-Emission beobachtet werden k/'onnen. Ein solcher Pulsar/Nebel-Komplex wird vom Radio- bis zum Gammastrahlen-Band fest erkannt. F/'ur den Krebsnebel erfolgt der /'Ubergang von der Synchrotron-dominierten zur inversen Compton-dominierten Emission bei $/approx 10^9$~eV.
Durch Analysen von Gammastrahlen Daten von $ Fermi $ Large Area Telescope, die /'uber mindestens 9 Jahre Beobachtungen gesammelt wurden, untersuchen wir die r/'aumliche GeV-bis-TeV-Morphologie des inversen Compton-Nebels, die zeitliche Variabilit/'at des Synchrotron-Nebels in den zehn bis Hunderten von MeV Energiebereich und die MeV-bis-GeV-Spektren des Krebspulsar. Vergleiche unserer Ergebnisse mit Beobachtungen bodengest/'utzter Instrumente von Super-GeV- zu TeV-Photonenenergien erm/'oglichen es uns, die Emissionsmechanismen umfassender zu interpretieren.
Wir fanden heraus, dass die r/'aumliche Ausdehnung der inversen Compton-Emission des Nebels mit zunehmender Photonenenergie schrumpft ($R_{68}/propto E_/mathrm{IC}^{-/alpha}$ where $/alpha=0.155/pm0.035_{stat}{-0.037}_{sys}$). Eine solch starke Energieabh/'angigkeit weicht von der Modellvorhersage f/'ur die dominierende Thomson-Streuung unter der Annahme eines r/'aumlich gleichm/'assigen Keimphotonenfeldes und eines homogenen Magnetfelds ab. Die besonders grossen Ausdehnungen in 5--20 GeV implizieren, dass die externe inverse Compton-Emission zus/'atzlich zur Synchrotron-Selbst-Compton-Emission nicht zu vernachl/'assigen ist.
F/'ur die Synchrotron-Komponente des Krebsnebels haben wir zus/'atzlich zur Best/'atigung des Abfackelverhaltens einen Gammastrahlen-Niedrigfluss-Zustand mit einer /'Ubergangszeit von h/'ochstens zehn Tagen entdeckt. Dies zeigt an, dass die Masse ($>75$/%) der Synchrotronemission /'uber $10^8$~eV aus einem kompakten Volumen mit einer scheinbaren Winkelgr/'osse von $/theta/approx/ang[angle-symbol-over-decimal]{;;0.4}~t_/mathrm{var}/(5~/mathrm{d})$ f/'ur stammt eine gegebene Zeitskala von /'Uberg/'angen zwischen Niedrigfluss- und Mittel-Zust/'anden $t_/mathrm{var}$. Insbesondere wird das in der N/'ahe der Pulsarposition beobachtete Innenknoten-Merkmal als m/'oglicher Kandidat diskutiert.
F/'ur die Gammastrahlen Emission des Krebspulsar fanden wir eine energieabh/'angige Pulsform und eine phasenabh/'angige Spektralform, die wahrscheinlich ein Szenario mit mehrfach Herkunftsorten implizieren, an dem die Regionen Polkappe, Aussenspalt und relativistischer Wind beteiligt sind. Wir schlagen vor, dass diese drei Beschleunigungsstellen die Emissionen jeweils in verschiedenen Phasen und Energien dominieren. Bemerkenswerterweise wird f/'ur die Br/'uckenphasen-Emission ein relativ scharfer Cutoff bei einer relativ hohen Energie von $/sim$8~GeV beobachtet, und das f/'ur die zweite Pulsspitze beobachtete $>$10~GeV-Spektrum ist h/'arter als das f/'ur andere Phasen.
As the products of the supernova explosion SN 1054, both the Crab pulsar and its surrounding nebula harbour powerful sites of particle acceleration. They accelerate relativistic electrons which can be observed via their leptonic synchrotron and inverse-Compton emission. Such a pulsar/nebula complex is firmly detected from radio to $/gamma$-ray bands. For the Crab Nebula, the transition from synchrotron-dominated to inverse-Compton-dominated emission occurs at $/approx 1$~GeV. Through analyses on $Fermi$ Large Area Telescope $/gamma$-ray data accumulated over at least 9 years of observations, we investigate the GeV--TeV spatial morphology of the inverse-Compton nebula, the temporal variability of the synchrotron nebula in the tens to hundreds of MeV energy range, and the MeV--GeV spectra of the Crab pulsar. Comparisons of our results with ground-based instruments' observations from super-GeV to TeV photon energies allow us to interpret the emission mechanisms more comprehensively. We found that the spatial extension of the nebular inverse-Compton emission shrinks with increasing photon energy ($R_{68}/propto E_/mathrm{IC}^{-/alpha}$ where $/alpha=0.155/pm0.035_{stat}{-0.037}_{sys}$). Such a strong energy-dependence deviates from the model prediction for the dominating Thomson scattering, under an assumption of a spatially uniform seed photon field and a homogeneous magnetic field. The especially large extensions in 5--20 GeV imply that the external inverse-Compton emission is non-negligible, in addition to the synchrotron-self-Compton emission. For the synchrotron component of the Crab Nebula, in addition to confirming the flaring behaviour, we discovered a $/gamma$-ray low-flux state with a transition time of at most ten days. This indicates that the bulk (at least three-fourth) of the synchrotron emission above 100~MeV originates in a compact volume with an apparent angular size of $/theta/approx/ang[angle-symbol-over-decimal]{;;0.4}~t_/mathrm{var}/(5~/mathrm{d})$ for a given timescale of transitions between low-flux and intermediate states $t_/mathrm{var}$. Specifically, the inner-knot feature observed near the pulsar position is discussed as a possible candidate. For the Crab pulsar's $/gamma$-ray emission, we found an energy-dependent pulse shape and a phase-dependent spectral shape, which probably imply a multi-origin scenario involving the polar-cap, outer-gap, and relativistic-wind regions. We propose that these three acceleration sites dominate the emissions at different phases and energies respectively. Noteworthily, we detected a relatively sharp cutoff at a relatively high energy of $/sim$8~GeV for the bridge-phase emission, and the $>$10~GeV spectrum for the second pulse peak is observed to be harder than those for other phases.