Resolved gamma ray emission of the supernova remnant W51C and HESS J1857+026 obtained with the MAGIC telescopes

Diese Dissertation untersucht den Urspung der kosmischen Strahlung
mit Beobachtungen der MAGIC Teleskope im Bereich der hoch
energeticher Gammastrahlenastronomie. Gammastrahlung wird bei der
Wechselwirkung relativistischer Teilchen erzeugt. Im Gegensatz zur
geladenen kosmichen Strahlung, werden Gammastrahlen nicht von
interstellaren Magnetfeldern beinflusst. Daher erlaubt die
Ankunftsrichtung von Gammastrahlen die Bestimmung ihres Ursprungs.
Ein Teil dieser Arbeit widmet sich der Verbesserung der Analyse von
MAGIC-daten. Im besonderen wurde ein neuer Algorithmus zur
Hintergrundbestimmung entwickelt, wodurch die systematischen
Unsicherheiten deutlich verbessert werden konnten. Zudem wurde die
Reflekivitaet und Fokusierung beider MAGIC Teleskope anhand des
Vergleichs zwischen echten und simulierten Muonereignissen
bestimmt. Die heutige Meinung ist, dass die Ueberreste von
Supernovae, die expandierende Schockwellen der Sternimplosionen,
der Ursprung der galaktischen kosmischen Strahlung sind. Obwohl
hoch energetische Gammastrahlung von vielen dieser Objekte
beobachtet wurde, erlaubt die schwierige Unterscheidung von
leptonisch und hadronsich produzierter Gammastrahlung in den
meisten Faellen keine klaren Schlussfolgerungen ueber die
Anwesenheit relativistischer Hadronen und damit kosmischer
Strahlung. Da Gammastrahlung aus hadronischen Wechselwirkungen,
nahezu ausschliesslich in inelastischen Proton-Proton Kollisionen
erzeugt wird, ist ihre Produktion umso effektiver, desto hoeher die
Dichte des mediums ist. Die Region W51 beherbergt den 30000 Jahre
alten Supernovaueberrest W51C, welcher teilweise mit der grossen
Molekuelwolke W51B kollidiert. MAGIC hat ausgedehnte Gammastrahlung
von dieser Region mit hoher statistischer Signifikanz (11 sigma)
gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass das Zentrum der Emission
in dem Bereich hoher Dichte liegt, wo der Supernovaueberrest mit
der Molekuelwolke kollidiert. Das Energiespektrum wurde im Bereich
von 75 GeV bis 5.5 TeV gemessen und folgt einem Potenzgesetz. Die
moegliche Kontamination dieser Emission durch einen nahegelegenen
potentiellen Pulsarwindnebel zeigt keine Energieabhaengigkeit und
wurde als ~20\% der Gesamtemission bestimmt. Die Modellierung der
nicht thermischen Mutliwellenlaengenemission deutet stark auf einen
hadronischen Ursprung der Gammastrahlung hin. Diese Beschreibung
impliziert, dass in etwa 16% der kinetsiche Energie der Schockwelle
von W51C zur Produktion kosmischer Strahlung genutzt wurden. Damit
is W51C eine der wenigen bekannten Supernovaueberreste wo eine
Beschleunigung von Protonen der komsischer Strahlung, zumindestens
bis 50 TeV, direkt beobachtet wird. HESS J1857+026 ist eine nicht
identifizierte TeV-Quelle, die moeglicherweise den Pulsarwindnebel
des, von der Gammastrahlung umschlossenen, hochenergetischen
Pulsares PSR J1856+0245 darstellt. Eine augedehnte Emission wurde
von MAGIC mit einer statistischen Signifikanz von mehr als 12 sigma
gemessen. Das berechnete Spektrum verbindet die vorherigen Daten
von Fermi/LAT und HESS, wobei es mit beiden Messungen ueberlappt.
Anhand der MAGIC und Fermi/LAT Daten wurde ein Abweichung von einem
einfachen Potenzgesetz bei ca. 100~GeV festgestellt. Bei hoeheren
Energien werden zwei Emissionsregionen aufgeloest. Ueberhalb von
einem TeV koennen zwei voneinander getrennte, einzeln signifikante
Regionen festgestellt werden. Diese Dissertation zeigt die ersten
morphologischen Untersuchungen, die mit den MAGIC Teleskopen
durchgefuehrt wurden. Es wurde gezeigt, dass die Faehigkeit
Strukturen in galaktischen Quellen aufloesen zu koennen, wichtige
Informationen ueber die Physik der Teilchenbeschleunigung in
astrophysikalischen Objekten liefert.