Kurzfassung
Der Krebsnebel in 2 kpc Entfernung ist eine astrophysische Quelle, die schon seit dem
Jahr 1054 beobachtet wird. Er liefert besonders helle, nicht-thermische Emissionen u ̈ber
den gesamten Bereich beobachtbarer Photonenergien. Die zahlreichen Beobachtungen
des Krebsnebels ermo ̈glichen eine vollsta ̈ndigere und detailliertere Erforschung, als es mit
jedem anderen nicht stellaren Objekt m ̈oglich ist. Jedoch wurde vor kurzem gezeigt, dass
die Form seines Spektrums im hoch- bis sehrhochenergetischen (HE-VHE) Bereich nicht
gut durch die aktuellen Modelle beschrieben wird. In dieser Dissertation wird das nicht-
thermische Emissionsmodell des Krebsnebels u ̈berpru ̈ft und die r ̈aumliche Verteilung
der “Saat-Photonen”, die durch thermische Emission des Staubes erzeugt werden, zum
ersten Mal detailliert bercksichtigt. Der r ̈aumliche U ̈berlapp von weichen Photonen und
ultrarelativistischen Elektronen wird berechnet, um den inversen Compton-Fluss (IC)
sowie die spektrale Morphologie des Krebsnebels im HE-bis-VHE-Bereich zu bestim-
men. Unter der Annahme eines Modells mit konstantem Magnetfeld erh ̈alt man durch
Modellieren sowohl der Synchrotron und IC-Emissions-Komponente das durchschnit-
tliche Magnetfeld innerhalb des Krebsnebels: B = 167 ± 6 (stat.)+15(sys.) μG. Von −6
der r ̈aumlichen Ausdehnung der Synchrotronemissionen wird auf die Skalenl ̈ange der Elektronenverteilung geschlossen. Die Emissivit ̈at des Staubes wird mit einem grauen K ̈orper zweier Temperaturen modelliert, von dem angenommen wird, dass er sich in einer Hu ̈lle mit eine Breite von ∼0.6 pc befindet. Die Bestimmung der Gr ̈osse des Nebels erfolgt durch Berechnung des Radius, in dem sich 68% der Emissionen befinden. Dafu ̈r wird die Intensit ̈at durch Integration der inversen Compton-Emissivit ̈at entlang der Sichtlinie berechnet. Das Modell mit konstantem Magnetfeld reproduziert die Syn- chrontronemissionen gut, aber es unterschtzt den IC-Fluss im HE-Regime. Ausserdem versagt es, darin, die Gr ̈osse des Nebels bei Beobachtung im Gammastrabereich zu beschreiben, besonders zwischen Energien von 5-20 GeV. Dies k ̈onnte am Vorhandensein von Elektronen aus der ̈ausseren Hu ̈lle des Nebels liegen, welche zum niedergenergetis- chen IC-Fluss beitragen wu ̈rden. Daher ist eine detailliertere Behandlung der magnetis- chen Feldstruktur vonn ̈oten, um sowohl den IC-Teil der spektralen Energieverteilung als auch die Gr ̈osse im Gammabereich des Krebsnebels zu erkl ̈aren. Ein realistischerer Ansatz wird benutzt, um das Magnetfeld mit einer Stufenfunktion zu modellieren. Unter der Annahme, dass sich die Elektronen am ̈ausseren Rand des Nebels in einer Winkelaus- dehnung von ∼0.2 deg befinden, kann eine untere Schranke fr den niedergenergetischen IC-Fluss, der von im Radionebel eingeschlossenen Elektronen erzeugt wird, abgesch ̈atzt werden. Unter Beru ̈cksichtigung dessen werden in einem Stufenmodell die besten Param- eter fr dieses Magnetfeld bestimmt. Der IC-Fluss wird neu berechnet und es wird gezeigt, dass die Daten besser durch ein varierendes Magnetfeld beschrieben werden. Die IC- Komponente des Energiespektrums des Krebsnebels wird benutzt, um die Messungen des Flusses von Fermi-LAT mit bodengestu ̈tzen Flussmessungen querzukalibrieren. Es wird gezeigt, dass die relative Verschiebung der Energieskala unter bodengestu ̈tzen Teleskopen kleiner ist als die geschtzte systematische Unsicherheit der Instrumente (15%).
Located at a distance of 2 kpc from us, the Crab Nebula is an astrophysical source which has been observed since 1054. It provides an exceptionnally bright non-thermal emission throughout the whole observational range of photon energies. The numerous observations of the Crab Nebula, allows for a more complete and detailed study than with any other non stellar object. However, it has recently been demonstrated that the shape of its spectrum in the high to very-high energy (HE-VHE) range is not well- described anymore by state-of-the art modelling of the nebula. In this thesis, the non-thermal emission model of the Crab Nebula is reexamined, and the spatial distribution of the seed photons coming from the thermal emission of the dust is included for the first time in detail. The spatial overlap between the soft photons and the ultra relativistic electrons is calculated in order to determine the inverse Compton flux, as well as the spectral morphology of the Crab Nebula in the high to very-high-energy (HE-VHE) range. Under the assumption of a constant magnetic field model, modelling of both the synchrotron and IC emission components provides the average magnetic field inside the Crab Nebula: B = 167 ± 6 (stat.)+15(sys.)μG. The scale length of the −6 electrons distribution is inferred from the spatial extension of the synchrotron emission. The dust emissivity is modeled with a two temperature gray body and is assumed to be located in a shell of thickness ∼ 0.6 pc. The size of the nebula is determined by calculating its 68% containment radius. In order to do so, the intensity is calculated by integration of the inverse Compton emissivity along the line of sight. The constant B−field model reproduces well the synchrotron emission, but underesti- mates the IC flux in the high energy regime. Furthermore, it fails to describe the γ−ray extension, especially in the 5-20 GeV energy range. This may be due to the presence of electrons coming from the outer shell of the nebula, which would contribute to the low energy IC flux. Therefore, a more detailed treatment of the magnetic field structure is required to explain for both the IC part of the spectral energy distribution (SED) and the size of the nebula when viewed in the gamma-ray regime. A more realistic approach is used to model the magnetic field by a step function. Assuming that electrons at the unseen outer shell of the nebula are located at an angular size of ∼ 0.2 deg, a lower limit on the low energy IC flux produced by the electrons confined in the radio nebula can be estimated. Taking this into account, the best values for the parameters describing the magnetic field in a step model are determined. The IC flux is recalculated, and it is shown that the data are better described by a varying magnetic field. The inverse-Compton component of the energy spectrum from the Crab nebula is used to cross-calibrate the Fermi-LAT flux measurements with ground-based flux measurements. It was shown that the relative shift of the energy scale among ground based telescopes is smaller than the estimated systematic uncertainty of the instruments (15%).