Gamma–Ray Bursts (GRBs) represent the most explosive events in the Universe after the Big Bang. They are sudden, intense flashes of gamma–rays, which, for a few blinding seconds, become the brightest objects in the Universe. This reflects extreme conditions which are fascinating and worth exploring. During the last two decades, the understanding of GRBs has been revolutionized more by observational progress rather than by theoretical predictions. A first major advance in the comprehension of the GRB phenomenon occurred in 1991 with the launch of the Compton Gamma–Ray Observatory (CGRO). The all–sky survey from the Burst and Transient Experiment on–board CGRO measured about 3000 bursts and showed that they were isotropically distributed, thus suggesting a cosmological origin. A better understanding of the physics of GRBs has been made possible by precise localizations in the late ’90s, which discovered that the prompt emission in gamma–rays is followed by a longer–lasting afterglow, which can be detected in all wavelengths ranges from radio, optical, to X– and gamma–rays up to several days after the explosion. The huge energy and power releases required by cosmological distances supported what has become a “standard” model in the theoretical framework of GRBs, according to which the observed radiation arises as the outcome of a relativistically expanding “fireball”. Among the scientific objectives of one of the present NASA missions, the Fermi Gamma–ray Space Telescope (FGST), is the study GRBs. Fermi’s payload comprises two science instruments, the Large Area Telescope (LAT) and the Gamma–Ray Burst Monitor (GBM). GBM was designed to detect and localize bursts for the Fermi mission. By means of an array of 12 NaI(Tl) (8 keV to 1 MeV) and two BGO (0.2 to 40 MeV) scintillation detectors, GBM extends the energy range (20 MeV to > 300 GeV) of the LAT instrument into the traditional range of current GRB databases. The physical detector response of the GBM instrument to GRBs is determined with the help of Monte Carlo simulations, which are supported and verified by on–ground individual detector calibration measurements. The GBM detectors have been calibrated from 10 keV to 17.5 MeV using various gamma sources, and the detector response has been derived by simulations over the entire energy range (8 keV to 40 MeV) using GEANT. The GBM instrument has been operating successfully in orbit since June 11, 2008. The total trigger count from the time GBM triggering was enabled in July 2008 through December 2009 is 655, and about 380 of these triggers were classified as GRBs. Moreover, GBM detected several bursts in common with the LAT. These amazing detections mainly fulfill the primary science goal of GBM, which is the joint analysis of spectra and time histories of GRBs observed by both Fermi instruments. For every trigger, GBM provides near–real time on–board burst locations to permit repointing of the spacecraft and to obtain LAT observations of delayed emission from bursts. GBM and LAT refined locations are rapidly disseminated to the scientific community, often permitting extensive multiwavelength follow–up observations by NASA’s Swift mission or other space–based observatories, and by numerous ground–based telescopes, thus allowing redshift determinations. Calculations of LAT upper limits are mainly based on the brightest bursts detected by GBM inside the LAT FoV. The determination of a consistent sample for upper–limit calculations can be established by selecting those bursts which have a strong signal in the GBM BGO detectors. The careful preparation of a sample of BGO–bright bursts detected by GBM during its first year is fundamental to look into the most interesting burst characteristics. This is mainly possible thanks to a detailed spectral analysis of the selected sample, and the successive investigation for correlations among spectral parameters. The structure of this thesis can be summarized as follows: The first chapter introduces the basic concepts and scientific background of GRB physics. Afterward, instrumental details about the Fermi instruments LAT and GBM, as well as LAT performance and capabilities for GRB science are presented in chapter 2. Chapter 3 focuses on the detector–level calibration of the GBM instrument, and in particular on the analysis methods and results, which crucially support the development of a consistent GBM instrument response. The main GBM scientific results collected during the first year of operation are then presented in chapter 4. Particular emphasis is given to the description of joint GBM–LAT and GBM-Swift observations and analysis results. The last chapter presents the selection methodology and detailed spectral analysis of a sample of BGO–bright bursts detected by GBM during its first year. Using these results, correlations among spectral parameters are finally discussed.     «

Gamma–Ray Bursts (GRBs) represent the most explosive events in the Universe after the Big Bang. They are sudden, intense flashes of gamma–rays, which, for a few blinding seconds, become the brightest objects in the Universe. This reflects extreme conditions which are fascinating and worth exploring. During the last two decades, the understanding of GRBs has been revolutionized more by observational progress rather than by theoretical predictions. A first major advance in the comprehension of...     »

Gammastrahlenblitze (GRBs) stehen für die explosivsten Ereignisse im Universum nach dem Urknall. Sie sind plötzliche, starke Blitze von Gammastrahlen, die für ein paar Sekunden die hellsten Objekte im Universum werden. Dies spiegelt die extremen Entstehungsbedingungen dieser Ereignisse wieder, die faszinierend und erforschungswert sind. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Verständnis von GRBs mehr dank der Fortschritte bei den Beobachtungstechniken als durch theoretische Vorhersagen erweitert. Ein erster wichtiger Schritt zum Verständnis des GRB–Phänomens erfolgte im Jahr 1991 mit dem Start des Compton Gamma–Ray Observatory (CGRO). Durch den All–Sky Survey des Burst and Transient Experiments an Bord des CGROs wurden etwa 3000 GRBs beobachtet. Es konnte so gezeigt werden, dass ihre Positionen am Himmel isotrop verteilt sind und somit einen kosmologischen Ursprung nahelegen. Ein besseres Verständnis der Physik der GRBs wurde durch genauere Lokalisierungen in den späten 90er Jahren ermöglicht, welche zu der Entdeckung führten, dass die Anfangsemission im Gamma–Bereich von einer längeren Emission, später Nachleuchten genannt, begleitet wird. Das Nachleuchten wurde in allen Wellenlängen entdeckt, und zwar vom Radio bis in den optischen, Röntgen und Gamma–Bereich hinein. Dieses Nachleuchten kann bis zu mehreren Tagen nach der Explosion beobachtet werden. Die durch die kosmologische Entfernung erforderliche und extrem hohe Energiefreisetzung resultierte in dem heute bekannten “ Standard” Modell der GRB–Theorien. Bei diesem Modell entsteht die beobachtete Strahlung als Ergebnis eines relativistisch expandierenden “Fireball”. Zu den wissenschaftlichen Zielen einer der derzeitigen NASA–Missionen, nämlich des Fermi Gamma–Ray Space Telescope (FGST), zählt auch das Studium der GRBs. Fermis Nutzlast besteht aus zwei wissenschaftlichen Instrumenten, dem Large Area Telescope (LAT) und dem Gamma–Ray Burst Monitor (GBM). Die GBM–Detektoren wurden entwickelt, um GRBs für die Fermi–Mission zu entdecken und zu lokalisieren. Durch eine Anordnung von 12 NaI (Tl) (8 keV bis 1 MeV) und zwei BGO (0,2 bis 40 MeV) Szintillatoren erweitert GBM den Energiebereich (20 MeV bis> 300 GeV) des LAT–Instruments in den traditionellen GRB–Energiebereich. Die charakteristischen Eigenschaften der GBM–Detektoren wurden mit Hilfe von Monte–Carlo–Simulationen ermittelt, die durch detaillierte Messungen während mehrerer Eichungskampagnen unterstützt wurden. Die GBM–Detektoren wurden von 10 keV bis 17.5 MeV mit verschiedenen radioaktiven Gammaquellen kalibriert, und Simulationen wurden später über den gesamten Energiebereich (8 keV bis 40 MeV) mit GEANT durchgeführt. Das GBM–Instrument ist seit dem 11. Juni 2008 erfolgreich in Betrieb. Die gesamte Anzahl der getriggerten Ereignisse seit Aktivierung des “on–board Triggers” im Juli 2008 bis Dezember 2009 ist 655. Rund 380 dieser Trigger wurden als GRBs identifiziert. Ausserdem entdeckte der GBM mehrere GRBs gemeinsam mit dem LAT. Diese herausragenden Entdeckungen erfüllen vor allem das primäre Ziel des GBMs, nämlich die gemeinsame Analyse der Spektren und des zeitlichen Verlaufs der GRBs, die von beiden Fermi–Instrumenten beobachtet werden. Für jeden Trigger bestimmt der GBM eine Echtzeitposition, die möglicherweise zu einer Weiterbeobachtung des Objektes durch das LAT–Instrument führen kann mit dem Ziel, die Entdeckung verzögerter hochenergetischer GRB–Emission zu ermöglichen. Die mit dem LAT gemessenen genaueren Positionen werden dann in kürzest–möglicher Zeit an die GRB–Gemeinschaft weitergegeben, damit andere Satellitenmissionen, wie z. B. die NASA Swift Mission, und Bodenteleskope den GRB in anderen Wellenlängenbereichen weiterbeobachten können. Diese Beobachtungen können dann in günstigen Fällen zu einer Bestimmung der Rotverschiebung führen. Falls ein GRB nur vom GBM gemessen wird, ist die Berechnung der oberen Grenze der Emission für das LAT extrem interessant und basiert im Wesentlichen auf den hellsten GBM Bursts, die auch im LAT Sichtfeld sichtbar sind. Um Berechnungen solcher Obergrenzen durchführen zu können, benötigt man eine sinnvolle Untermenge von GRBs. Für diese Untermenge wurden die Bursts ausgewählt, die ein starkes Signal in den BGO–Detektoren hatten. Eine sorgfältige Auswahl ist sehr wichtig, um später einen Einblick in die Burst–Emissionsprozesse geben zu können. Dies ist vor allem dank einer detaillierten spektralen Analyse der ausgewählten GRB–Liste und der nachfolgenden Untersuchung von Korrelationen zwischen den spektralen Parametern möglich. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Der erste behandelt mehr die technischen Eigenschaften der GBM–Detektoren, während sich der zweite im Wesentlichen auf die wissenschaftlichen Ergebnisse konzentriert. Kapitel 1 führt in die physikalischen Grundlagen und wissenschaftlichen Zusammenhänge von GRB–Theorie und Beobachtungen ein. Im Kapitel 2 werden die Instrumente der Fermi–Mission LAT und GBM vorgestellt. Kapitel 3 befasst sich mit der Kalibrierung des GBM–Instruments, und insbesondere mit den Analysemethoden und ergebnissen, welche zur Entwicklung und Unterstützung eines leistungsfähigen Instruments nötig sind. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ergebnisse, die der GBM während des ersten Jahres der Fermi–Mission erhalten hat werden dann in Kapitel 4 vorgestellt. BesondererWert wird auf die gemeinsamen GBM–LAT und GBM–Swift Ergebnisse und Analysen gelegt. Das letzte Kapitel behandelt die Selektionskriterien einer wohl definierten Liste von BGO–hellen Bursts. Zur Analyse der zeitintegrierten Spektren werden verschiedene Modelle verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse werden zuletzt im Rahmen empirischer GRB–Korrelationen zwischen spektralen Parametern diskutiert.     «

Gammastrahlenblitze (GRBs) stehen für die explosivsten Ereignisse im Universum nach dem Urknall. Sie sind plötzliche, starke Blitze von Gammastrahlen, die für ein paar Sekunden die hellsten Objekte im Universum werden. Dies spiegelt die extremen Entstehungsbedingungen dieser Ereignisse wieder, die faszinierend und erforschungswert sind. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Verständnis von GRBs mehr dank der Fortschritte bei den Beobachtungstechniken als durch theoretische Vorhersagen...     »