Gamma-Astrophysik mit HEGRA

Das HEGRA-Experiment hat mit dem stereoskopischen System winkelabbildender Cherenkovteleskope erfolgreich eine Reihe von astronomischen Quellen im Lichte von TeV-Photonen beobachtet. Neben dem Nachweis von TeV-Photonen ist es mit HEGRA erstmals gelungen, mit hoher Präzision die Energiespektren von Objekten wie dem Krebs-Nebel und den extragalaktischen aktiven Galaxienkernen Mkn501 und Mkn421 zu vermessen. Die Kenntnis der Form der Energiespektren liefert wichtige Einblicke in die physikalischen Prozesse, die zur Emission von TeV-Photonen führen und erlaubt es, Eigenschaften der Emissionsregion wie z.B. Magnetfeldstärke und Teilchendichte zu bestimmen.

Wichtige Messergebnisse und Beobachtungen

Neben der gelungenen Etablierung einer neuen Beobachtungstechnik, sind mit den HEGRA-Teleskopen eine ganze Reihe astrophysikalisch wichtige Ergebnisse erzielt worden:

• Krebs-Nebel
  • Energie-Spektrum
  • Einschränkung der Größe der Emissionsregion
  • Einschränkung der Magnetfeldstärke in der Emissionsregion
  • Einschränkung des Anteils gepulster Strahlung
• Super-Novae-Überreste
  • erstmaliger Nachweis von TeV-Photonen von Cas-A
  • Einschränkung des Magnetfelds in Tycho's SNR
• Emission/Quellen in der galaktischen Scheibe
  • Großteil der galaktischen Scheibe ohne Quellen mit Flüssen von mehr als 1/3 des Krebs-Nebels
  • Diffuse Emission in der galaktischen Ebene nicht nachweisbar
• Extragalaktische Objekte
  • Nachweis von TeV Photonen von Mkn501 und Mkn421
  • Rasche Variabilität der Leuchtkraft (teilweise innerhalb von Stunden)
  • Energie-Spektren erstrecken sich bis jenseits von 16 TeV
  • Drastische Einschränkungen an das extragalaktische Infrarot-Strahlungsfeld (TeV-Astrophysik erlaubt einzigartigen Zugang zu der direkt nur schwer messbaren Intensität des extragalaktischen Photonfelds
  • Aus zeitgleicher Beobachtungen mit Röntgen-Satelliten lassen sich Parameter in der Emissionsregion bestimmen (Magnetfeld, Ausdehnung, Dichte des Elektron-Positron-Plasmas etc.)

Status des Experiments

Die HEGRA-Cherenkovteleskope sind im Oktober 2002 abgebaut worden. Die erfolgreiche Datennahme bis zum Ende der Laufzeit des Experiments rundet die Gesamtmenge an Daten aus ca. 6000 Stunden Beobachtungszeit ab. Es werden derzeit die letzten Daten ausgewertet, die dann in den folgenden Jahren veröffentlicht werden.

Beteiligte Institute

• Universität Kiel, Institut für Reine und Angewandte Physik
• Universität Hamburg, II. Inst. f. Exp.-Physik
• Universität Wuppertal, Fachbereich Physik
• Max-Planck-Institut für Kernphyisk, Heidelberg
• Max-Planck-Institut für Physik, München

Des Weiteren ist jeweils ein spanisches und ein armenisches Institut an HEGRA beteiligt.

Funktionsprinzip

Das Besondere an den HEGRA-Teleskopen ist die angewendete Beobachtungstechnik, bei der 5 optische Teleskope simultan Luftschauer in der Atmosphäre anhand des emittierten Cherenkovlichts nachweisen. Durch das aus verschiedenen Blickwinkeln aufgezeichnete Abbild des Luftschauers ist es möglich, die Einfallsrichtung und Energie des Teilchens zu rekonstruieren, das den Luftschauer ausgelöst hat. Die Form der Bilder erlaubt es auch, Luftschauer, die von geladenen Kernen ausgelöst wurden, von denen zu unterscheiden, die von Photonen stammen. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, weil ein Großteil der beobachteten Ereignisse von der geladenen kosmischen Strahlung ausgelöst wird.

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