Observation of VHE Gamma-Rays from the Vicinity of magnetized Neutron Stars and Development of new Photon-Detectors for Future Ground based Gamma-Ray Detectors
Translated title:
Beobachtung von VHE-Gamma-Strahlung aus der Umgebung von magnetisierten Neutronensternen und Entwicklung von neuen Lichtsensoren für zukünftige bodengebundene Experimente zum Nachweis von Gammastrahlung
This thesis reports about the observation of VHE-gamma-ray emission from the Crab, PSR B1951+32 and PSR B1957+20 with the MAGIC telescope.
For the first time, the emission of the Crab nebula has been studied in detail in the energy domain between 60 GeV and 400 GeV. The measured energy spectrum of the nebula deviates from a simple power law. The IC-peak has been determined to be at 77+-47 GeV.
Within the resolution of the experiment the emission from the nebula appears pointlike and steady.
The Crab pulsar was detected in optical wavelengths with a modified pixel in the center of the MAGIC camera. The pulsar was not detected in gamma-rays, while a 2.9 sigma excess was found at the phase position of the interpulse, in agreement with EGRET
observations above 5 GeV. The cutoff energy of the pulsar was constrained to be <27 GeV, assuming an exponential cutoff of the energy spectrum.
Gamma ray emission from the other two studied objects was not detected. The limits put on the pulsed and steady gamma-ray emission are currently the best available and constrain theoretical predictions.
In the technical part, it is reported about the development and fundamental studies of a new semiconductor photon detector for single photon detection. Due to its simple production, simple
operation and low production costs this photon detector has the potential to revolutionize the detection of single photons. An explanation of the detector principle is given and the design and evaluation of test structures are described. The results are discussed in conjunction with the application of these sensors in
future astroparticle experiments.
Translated abstract:
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Beobachtung der VHE-Gammastrahlung des Krebsnebels und seines Pulsar sowie PSR B1951+32 und PSR B1957+20 mit dem MAGIC-Teleskop.
Erstmalig wurde die Emission des Krebsnebels im Energiebereich zwischen 60 GeV und 400 GeV detailliert untersucht. Es wurde festgestellt, dass das gemessene Energiespektrum des Krebsnebels von einem einfachen Potenzgesetz abweicht. Der "IC-Peak" wurde bei 77+-47 GeV bestimmt. Innerhalb der Auflösung des Experiments ist die Emission konstant und gleicht der einer Punktquelle.
Der Krebspulsar wurde im Optischen mit einem modifiziertem Pixel im Zentrum der MAGIC-Kamera nachgewiesen. In Gamma-Strahlung ließ sich der Pulsar nicht detektieren, jedoch wurde ein Überschuss mit einer Signifikanz von 2.9 Sigma an der Stelle des "Interpuls" in Übereinstimmung mit Beobachtungen des EGRET-Detektors oberhalb von 5 GeV festgestellt. In Annahme einer exponentiellen Dämpfung des Energiespektrums konnte die "Cutoff"-Energie auf <27 GeV beschränkt werden.
Gamma-Strahlung der beiden anderen untersuchten Objekte wurde nicht festgestellt. Die im Rahmen der Arbeit bestimmten Grenzen auf den gepulste und konstanten Fluss sind die zurzeit besten und ermöglichen es theoretische Vorhersagen einzuschränken.
Der technische Teil befasst sich mit der Entwicklung und grundlegenden Studien eines neuen Halbleiter-Lichtdetektors zum Nachweis von Einzelphotonen. Auf Grund seiner einfachen
Herstellung und Handhabung sowie der niedrigen Herstellungskosten hat dieser Lichtdetektor das Potenzial, den Nachweis einzelner Photonen zu revolutionieren. Zunächst wird eine Funktionsbeschreibung der Detektoren gegeben sowie der Entwurf und die Auswertung von Teststrukturen beschrieben. Es folgt eine Diskussion der Ergebnisse im Hinblick auf die Anwendung der
Sensoren in zukünftigen Astroteilchenexperimenten.
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