The Mirror Alignment and Control System of H.E.S.S. Phase II, and Observational Studies of TeV Shell Candidates and of the Nova Sgr 2015 No. 2 with H.E.S.S.

Abstract

The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is a hybrid system of five Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes of two different types designed to detect very high energy γ-rays with energies from tens of GeV to tens of TeV. One key component of the telescopes are the reflective dishes with mirror areas of 614m2 for the large size telescope CT5 and 108m2 for the medium size telescopes CT1-4 consisting of a large number of mirror segments. The first part of these thesis deals with the alignment of the telescopes. The initial alignment of the larger telescope CT5 has been studied in this work, resolving a problem with the monitoring of the quality of the alignment. After improving the system, a new alignment was done and the possibility of using a fast re-pointing for transient sources from a mirror alignment perspective was investigated and successfully commissioned. Continuous support for the alignment system was provided, including a long-term monitoring system of the stability of the alignment and a new alignment of CT3 after a mirror exchange. The second part of the thesis covers a study of new supernova remnants (SNRs) discovered at TeV energies. The large field of view of H.E.S.S. is well suited for survey observations and very extended sources. Based on the H.E.S.S. Galactic plane survey (HGPS), for the first time, very high energy (VHE) γ-ray sources were selected as supernova remnant (SNR) candidates solely based on VHE γ-ray observations. The three SNR candidates HESS J1534−571, HESS J1614−518 and HESS J1912+101 were studied in detail including available multi-wavelength information. HESSJ1534−571 was associated with a SNR candidate in the radio band and therefore classified as SNR. Possible emission scenarios were investigated even though the results remain inconclusive for the time being. The thesis has been concluded with a study of the nova V5668 Sgr at TeV energies. The discovery of emission from classical novae in the GeV band with the Large Area Telescope on the Fermi Gamma Ray Space Telescope Spacecraft (Fermi-LAT) triggered an increased activity of H.E.S.S. to observe bright or in the GeV band detected novae. The nova V 5668 Sgr was the first nova observed with the newer telescope CT5 optimized for low energy observations. The source was not detected with H.E.S.S., but based on the detection with Fermi-LAT and the upper limits derived from the H.E.S.S. data, the hadronic component of an emission model was constraint.

Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) ist ein System aus fünf abbildendenden atmosphärischen Cherenkov-Teleskopen, gebaut, um γ-Strahlung bei höchsten Energien von einigen zehn GeV bis zu einigen zehn TeV zu messen. Ein Schlüsselsystem der Teleskope ist der Hauptspiegel mit einer Fläche von 614 m2 für das größere Teleskop CT5 beziehungsweise 108m2 für CT1-4, der aus vielen einzelnen Spiegelsegmenten besteht. Die erste Spiegelausrichtung von CT5 wurde untersucht. Dabei wurde ein Problem mit Überwachung der Qualität der Spiegelausrichtung gefunden und behoben. Das System für die Spiegelausrichtung wurde verbessert und eine neue Spiegelausrichtungskampagne durchgeführt. Die Möglichkeit einer schnellen Neupositionierung des Teleskops für transiente Quellen wurde untersucht und erfolgreich in Betrieb genommen. Fortdauernde Unterstützung, einschließlich die Überwachung der Qualität der Ausrichtung und einer Spiegelausrichtungskampagne für CT3 wurde geleistet. Der zweite der Teil der Arbeit beschäftig sich mit einer Studie von Kandidaten für Supernovaüberreste, die im TeV-Energieband entdeckt wurden. Das große Gesichtsfeld von H.E.S.S. eignet sich gut für eine Vermessung großer Himmelsregionen und ausgedehnter Quellen. Basierend auf der H.E.S.S. Galactic plane survey (HGPS), einer Vermessung weiter Teile der galaktischen Ebene, wurden zum ersten Mal Kandidaten für Supernovaüberreste allein anhand von Beobachtungen im TeV-Band ausgewählt. Die drei Supernovaüberrestkandidaten HESS J1534−571, HESS J1614−518 und HESS J1912+101 wurden detailliert untersucht, inklusive Daten anderer Frequenzbänder. Der Supernovaüberrestkandidat HESSJ1534−571 konnte mit einem Kandidaten aus dem Radioband assoziiert werden, was zu einer Klassifizierung als Supernovaüberrest führte. Die Arbeit wird mit einer Studie der Nova V 5668 Sgr im TeV-Energieband abgeschlossen. Die Entdeckung hochenergetischer γ-Strahlung von galaktischen Novae mit dem Large Area Telescope on the Fermi Gamma Ray Space Telescope Spacecraft (Fermi-LAT) führte zu einem verstärkten Interesse, diese Quellen auch mit H.E.S.S. zu beobachten. Die Nova V5668 Sgr ist die erste Nova, die sowohl mit dem neueren Teleskop CT5, optimiert für niedrige Energien, als auch mit Fermi-LAT beobachtet wurde. Die Quelle wurde mit H.E.S.S. nicht nachgewiesen, aber zusammen mit den Daten von Fermi-LAT wurde eine Grenze für eine hadronische Komponente eines Emissionsmodels abgeleitet.