In der vorliegenden Arbeit werden die Entdeckung und Untersuchung der unidentifizierten TeV-Gamma-Quelle HESS J1303-631 und deren Bewertung sowie die Analyse und Interpretation von Beobachtungsdaten der Radiogalaxie M 87 im TeV-Gamma-Energiebereich beschrieben. Die Beobachtungen wurden mit den abbildenden Cherenkov-Teleskopen des H.E.S.S.-Experiments in Namibia in den Jahren 2003 bis 2005 durchgeführt. Mit den Teleskopen wird hochenergetische Gamma-Strahlung im Energiebereich von 100 GeV bis zu einigen 10 TeV gemessen.
Die TeV-Gamma-Quelle HESS J1303-631 wurde im Gesichtsfeld des ursprünglich beobachteten Doppelsternsystems PSR B1259-63, das ebenfalls erstmalig nachgewiesen werden konnte, nahe der galaktischen Ebene mit einer statistischen Signifikanz von mehr als 30 Standardabweichungen entdeckt. HESS J1303-631 weist eine intrinsische Ausdehnung des Emissionsgebietes von (0.19±0.01) Grad auf. Das Energiespektrum lässt sich durch ein Potenzgesetz mit exponentiellem Abbruch beschreiben. Der integrale Photonenfluss oberhalb von 380 GeV liegt bei (17±3)% des Flussniveaus des Krebs-Nebels. Variationen der spektralen Parameter innerhalb des ausgedehnten Emissionsgebietes von HESS J1303-631 sowie zeitliche Variationen des Photonenflusses wurden nicht festgestellt. Ein Gegenstück in anderen Energiebereichen (z.B. Radio- oder Röntgenbereich) an der entsprechenden Himmelsposition des TeV-Gamma-Überschusses konnte bislang nicht gefunden werden. Damit ist HESS J1303-631 eine unidentifizierte TeV-Gamma-Quelle, der zum Zeitpunkt der Entdeckung (neben der vom HEGRA-Experiment entdeckten Quelle TeV J2032+4130) zweiten Quelle dieser Art. Mögliche Erzeugungsmechanismen der TeV-Gamma-Strahlung von HESS J1303-631 werden diskutiert.
Die Radiogalaxie M 87 konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit einer statistischen Signifikanz von mehr als 10 Standardabweichungen als TeV-Gamma-Quelle nachgewiesen werden. M 87 gehört nicht zur Klasse der Blazare, den bislang einzigen, bestätigten extragalaktischen TeV-Gamma-Quellen und wurde erstmals vom HEGRA-Experiment mit einer statistischen Signifikanz von 4.7 Standardabweichungen gemessen. Mit den H.E.S.S.-Beobachtungen gilt M 87 als erste etablierte, extragalaktische TeV-Gamma-Quelle, die nicht zur Klasse der Blazare gehört. Deutlich Anzeichen für einen zeitlich variablen TeV-Gamma-Fluss konnten gefunden werden. Das Energiespektrum von M 87 im TeV-Gamma-Bereich lässt sich durch ein Potenzgesetz beschreiben. Modelle, die zur Erklärung der TeV-Gamma-Emission von M 87 in der Literatur veröffentlicht sind, werden diskutiert, wovon einige aufgrund der Ergebnisse der H.E.S.S.-Beobachtungen als unwahrscheinlich bewertet werden können.
The discovery and investigation of the unidentified TeV gamma-ray source HESS J1303-631 as well as the analysis and discussion of observations of the giant radio galaxy M 87 in the GeV/TeV gamma-ray regime are presented in this work. The observations were performed during the years 2003 to 2005 with the imaging atmospheric Cherenkov telescopes of the H.E.S.S. experiment in Namibia which is designed for the measurement of very high energy gamma-rays in the range between 100 GeV and several 10 TeV.
The TeV gamma-ray source HESS J1303-631 was discovered serendipitously close to the galactic plane with a statistical significance of more than 30 standard deviations in the field of view of the initially observed binary system PSR B1259-63 (which was also detected). An intrinsic extension of the emission region of HESS J1303-631 of (0.19±0.01) degrees was found. The energy spectrum can be described by a power-law with an exponential cutoff. The integral photon flux above an energy of 380 GeV was calculated to be (17±3)% of the flux of the Crab nebula. Neither variations of the spectral slope within the extended emission region of HESS J1303-631 nor temporal variations of the integral photon flux could be found in the data. A counterpart of HESS J1303-631 at other wavelengths (i.e. radio or X-rays) could not be identified at the corresponding sky position of the TeV gamma-ray excess. Thus, HESS J1303-631 is (at the time of its discovery) the second unidentified TeV gamma-ray source, following TeV J2032+4130 discovered in the Cygnus region by HEGRA. Possible TeV gamma-ray production scenarious for HESS J1303-631 are discussed.
In the scope of this work an excess of TeV gamma-rays could be measured from the giant radio galaxy M 87 with a statistical significance of 10 standard deviations. M 87 does not belong to the class of blazars, the up to now only established class of extragalactic TeV gamma-ray sources. The first measurement of TeV gamma-radiation from M 87 was reported by the HEGRA collaboration with a statistical significance of 4.7 standard deviations. Together with the H.E.S.S. results M 87 is the first established extragalctic TeV gamma-ray source not belonging to the class of blazars. Clear indications for temporal variations of the integral photon flux could be found in the data. The energy spectrum in the GeV/TeV regime of M 87 can be described by a power-law. The experimental results of M 87 are compared to model predictions published in the literature - with some of the models being evaluated as unlikely based on the recent H.E.S.S. results decribed in this work.