Entdeckung einer unidentifizierten, ausgedehnten TeV-γ-Quelle [TeV-gamma-Quelle] HESS J1303-631 und Bestätigung der Radiogalaxie M 87 als TeV-γ-Quelle [TeV-gamma-Quelle] mit den HESS-Cherenkov-Teleskopen

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. Deutliche 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.