In der vorliegenden Arbeit werden die Suche nach punktförmigen und ausgedehnten extragalaktischen TeV-Gamma-Quellen und das Studium ihrer Eigenschaften beschrieben. Die Messungen wurden mit dem stereoskopischen HEGRA-Cherenkov-Teleskopsystem durchgeführt, das während seiner Betriebszeit bis zum Jahr 2002 das empfindlichste Instrument für die TeV-Gamma-Astrophysik oberhalb von 500 GeV gewesen ist. Die Analyse dieser Beobachtungen führte zum Nachweis der Blazare H1426+428 und 1ES1959+650 sowie der Radiogalaxie M87 als TeV-Gamma-Quellen. Ferner wurden Meßdaten von weiteren radiolauten extragalaktischen Objekten, Galaxienhaufen, sogenannten Starburst-Galaxien sowie Gamma-Ray Bursts ausgewertet, aus denen aussagekräftige obere Flußgrenzen bestimmt werden konnten.
Der Blazar H1426+428 konnte in den HEGRA-Meßdaten aus den Jahren 1999 und 2000 erstmals mit großer Signifikanz als die zu diesem Zeitpunkt am weitesten entfernte TeV-Gamma-Quelle nachgewiesen werden. Dabei ergaben sich erstmalig Hinweise auf eine eine "spektrale Signatur", die auf eine Extinktion der intrinsischen TeV-γ-Strahlung aufgrund der Wechselwirkung der TeV-Photonen mit dem extragalaktischen Hintergrundlicht (EHL) zurückgeführt werden kann. In Anbetracht dieses Ergebnisses wurde die Laufzeit des Teleskopsystemes um ein Jahr verlängert, so daß eine weitere tiefe Beobachtung von H1426+428 ermöglicht wurde. Die Ausprägung der Signatur der EHL-Extinktion im gemessenen Spektrum beruht insbesondere auf der sehr großen Entfernung dieses Objektes. Zur Absicherung dieser Interpretation wurde daher eine spektroskopische Beobachtung von H1426+428 am Calar-Alto-Observatorium beantragt und durchgeführt, aus der die Entfernung über die spektrale Rotverschiebung verifiziert werden konnte.
In den Jahren 2000/2001 führte eine tiefe Beobachtung zum ersten Nachweis des Blazars 1ES 1959+650 mit einer Signifikanz oberhalb von 5 σ. Im Jahr 2002 konnte zudem eine Reihe von unerwartet starken Ausbrüuchen beobachtet werden. Die große Ereignisstatistik des Datensatzes erlaubt die Rekonstruktion des Spektrums von 1ES 1959+650 bei verschiedenen Flußniveaus, wobei sich jedoch keine spektrale Variation gezeigt hat. Das Spektrum im hohen Flußzustand kann mit dem leptonischen SSC-Mechanismus beschrieben werden. Diese Modellierung scheitert jedoch für den speziellen Fall eines während einer gemeinsamen Meßkampagne mit dem Whipple-Cherenkov-Teleskop beobachteten kurzzeitigen TeV-γ-Ausbruches, der nicht von einer Flußzunahme im Röntgenbereich begleitet wurde.
Die Radiogalaxie M87 konnte mit einer Signifikanz von 4.9 σ erstmals als TeV-γ-Quelle nachgewiesen werden. Dieses Ergebnis wurde mittlerweile durch Beobachtungen mit den H•E•S•S-Teleskopen bestätigt. M87 ist damit der erste Vertreter einer neuen Klasse von zweifelsfrei nachgewiesenen extragalaktischen TeV-γ-Qellen, die nicht zum Blazartyp gehören. Ein wesentliches Meßergebnis beruht auf dem Vergleich der mit den HEGRA- und den H•E•S•S-Teleskopen bestimmten integralen Photonenflüsse, bei dem sich deutliche Hinweise auf eine zeitlich variable TeV-γ-Emission zeigen. Damit kann eine Reihe von Modellen zur Erklärung dieser Strahlung ausgeschlossen werden, die einen konstanten Fluß vorhersagen. Derzeit werden blazarartige leptonische und hadronische Modellierungsansätze bevorzugt, die den Kern von M87 als Emissionsregion annehmen.
In this work the results of a search for point-like and extended extragalactic TeV gamma-ray sources and the investigation of their properties are presented. The measurements have been performed with the stereoscopic HEGRA Cherenkov telescope system being the most sensitive instrument for TeV gamma-ray astrophysics until the end of its lifetime in the year 2002. The analysis of these observations has lead to the detection of the blazars H1426+428 and 1ES1959+650 as well as the radio galaxy M87 as TeV H1426+gamma-ray sources. In addition, observations of other radio-loud extragalactic objects, clusters of galaxies, so-called starburst galaxies and gamma-ray bursts have been analysed. Scientifically reliable upper limits on the integral photon flux have been determined from these measurements.
For the first time, the blazar H1426+428 has been detected with high significance in the HEGRA data from the years 1999 and 2000. H1426+428 was then the TeV gamma-ray source with the largest distance to Earth. Also for the first time, indications for a "spectral signature" have been found in this data set possibly caused by the extinction of the intrinsic TeV γ-radiation due to the interaction of the TeV photons with the extragalactic background light (EBL). The lifetime of the telescope system has been extended by one year due to the importance of this result. The effect of the EBL extinction on the measured spectrum is especially based on the large distance of this object. In order to support this interpretation a spectroscopic observation of H1426+428 has been proposed and performed at the Calar Alto Observatory. The object’s distance was then verified from the redshift of the optical spectrum.
A deep observation of the blazar 1ES 1959+650 in the years 2000 and 2001 has lead to the first detection of this object with a significance above 5 σ. In the year 2002 a series of unexpectedly strong flares could be observed. The large event statistics of the data set allows for the reconstruction of the spectrum of 1ES 1959+650 at different flux levels. No spectral variation has been found in the spectral analysis. The spectrum of the high flux level state can be described using the leptonic SSC mechanism. In contradiction, this model fails for the special case of a a short-term TeV γ-ray flare observed with the Whipple Cherenkov telescope during a common observation campaign. This so-called orphan flare was not accompanied by a flux gain in the X-ray energy range.
For the first time the radio galaxy M87 has been detected as a TeV γ-ray source with a significance of 4.9 σ. This result has been confirmed by follow-up observations with the H•E•S•S telescopes. ThereforeM87 is the first representative of a new class of established extragalactic TeV γ-ray sources not belonging to the blazar type. An essential result of the observations in the TeV energy range is based on a comparison of the integral photon fluxes measured with the HEGRA and the H•E•S•S telescopes showing clear indications for a temporally variable TeV γ-ray emission. Thus a number of models predicting a constant TeV flux can be ruled out due to this variability. At present blazar-like leptonic and hadronic models are favoured for the explanation for the TeV γ-ray emission from M87 assuming the core of M87 as the emission region.