Jürgen Prahl, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1999:
In dieser Arbeit wird die Suche nach Punktquellen hochenergetischer gamma-Strahlung oberhalb von 20 TeV in einem Datenzeitraum von Dezember 1993 bis September 1995 mit dem HEGRA-Szintillationszähler- und AIROBICC-Detektorfeld beschrieben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einer möglichst vollständigen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Daten hinsichtlich der Empfindlichkeit. Die ausgeführte sorgfältige Monte-Carlo-Simulation der registrierten Ereignisse der kosmischen Strahlung erlaubt dabei die Verwendung sämtlicher erfaßter Ereignisse in der gamma-Quellensuche.
Das Repertoire an Methoden zur Auswertung der Daten ist in drei Richtungen über den üblichen Rahmen hinaus erweitert:
Ein interessantes, bisher nicht bekanntes Ergebnis, das sich auf den Zusammenhang
zwischen longitudinaler Entwicklung der Teilchenzahl eines Luftschauers
einerseits und der Lateralverteilung des den Boden erreichenden Cherenkovlichtes
andererseits bezieht, wurde bei den systematischen Studien zur
gamma-Hadron-Separation gefunden:
Über weite Bereiche von Schauerparametern ist die Form der Lateralverteilung
der Cherenkovlichtdichte nicht explizit abhängig von der Höhe des
Maximums der Longitudinalverteilung, sondern nur vom Verhältnis der
Teilchenzahlen im Maximum und am Erdboden.
Bei der durchgeführten Suche nach 61 ausgewählten Einzelquellen (Supernova-Überreste, andere galaktische Quellkandidaten und Blazare) fallen 2 Objekte durch individuelle Signifikanzen von integralen Flußüberschüssen auf: Der Blazar 1426+428 mit 4,1 sigma und das Röntgenbinärsystem Her X-1 mit 3,3 sigma. Das Ergebnis des auf alle erhaltenen Einzelsignifikanzen angewandten Fisher-Tests beträgt 2,9 sigma, was einer Zufallswahrscheinlichkeit von 1,79×10-3 entspricht und als Hinweis auf gamma-Strahlung dieser beiden Objekte verstanden werden kann. Im Falle von Her X-1 liefern die Ergebnisse der Variablilitätstests und einer Phasenanalyse weitere leichte Indizien für ein Signal. Für die anderen untersuchten Objekte ergeben sich obere gamma-Flußgrenzen von typisch 2×10-13 cm-2 s-1 bei einer Schwellenenergie von ca. 20 TeV.
In der Suche nach unbekannten gamma-Punktquellen in 37% der gesamten Himmelssphäre ergeben sich keine signifikanten, auf Quellen hindeutenden Effekte. Die erhaltenen globalen γ-Flußgrenzen von ca. 8×10-13 cm-2 s-1 bei Energieschwellen von 20 TeV sind die derzeit einzigen in diesem Energieregime gemessenen Werte.
Eine darüber hinaus durchgeführte Rastersuche auf variable Flüsse
ergibt ebenfalls keine Hinweise auf Signale.
The topic of this thesis is the search for point sources of high energy gamma-rays (above 20 TeV) during the time interval from December 1993 until September 1995 with the HEGRA scintillator and AIROBICC arrays. The main aim is to exploit the available data as complete as possible in order to achieve a maximum in sensitivity. A thorough Monte Carlo simulation of the registered events from the cosmic-ray-induced air showers allows for the use of all aquired events.
The toolbox of data analysis methods is extended in three ways beyond the generally applied procedures:
An interesting side-result (that was not known up to now) concerning the
relationship between longitudinal development of an air shower and the lateral
distribution of the Cherenkov light reaching the ground was found during
the studies on γ-hadron separation:
over a broad range of shower parameters the shape of the lateral distribution
of the Cerenkov light is not explicitly dependent on the height of the shower
maximum, but only on the ratio between the number of particles at the maximum
and at ground level.
In the search for 61 selected point source candidates (supernova remnants, other galactic source candidates and blazars), two objects show up with individual significances of DC flux excesses that are worth to mention: the blazar 1426+428 with 4.1 sigma and the X-ray binary Her X-1 with 3.3 sigma. The Fisher-Test applied to the spectrum of all individual DC significances results in an overall significance of 2.9 sigma, corresponding to a chance probability of 1.79×10-3, which may be interpreted as a hint on a possible gamma signal of both sources. In the case of Her X-1, an applied phase analysis yield some faint additional hints on a real signal. For the other investigated objects, flux upper limits of typically 2×10-13 cm-2 s-1 are obtained, for energy thresholds of approximately 20 TeV.
In the search for unknown gamma-ray sources in 37% of the whole sky sphere no significant effects of sources are observed. Instead, global upper limits on the flux of approximately 8×10-13 cm-2 s-1 at energy thresholds of 20 TeV are derived. These are the first limits of this kind so far in that energy regime.
An additionally performed sky survey using the tests for variable fluxes
yields no hints for possible signals either.