Thomas Bretz

• The astronomical exploration at energies between 30\,GeV and $\lesssim$\,350\,GeV was the main motivation for building the \MAGIC-telescope. With its 17\,m \diameter\ mirror it is the worldwide largest imaging air-Cherenkov telescope. It is located at the Roque de los Muchachos at the Canary island of San Miguel de La Palma at 28.8$^\circ$\,N, 17.8$^\circ$\,W, 2200\,m a.s.l. The telescope detects Cherenkov light produced by relativistic electrons and positrons in air showers initiated by cosmic gamma-rays. The imaging technique is used toThe astronomical exploration at energies between 30\,GeV and $\lesssim$\,350\,GeV was the main motivation for building the \MAGIC-telescope. With its 17\,m \diameter\ mirror it is the worldwide largest imaging air-Cherenkov telescope. It is located at the Roque de los Muchachos at the Canary island of San Miguel de La Palma at 28.8$^\circ$\,N, 17.8$^\circ$\,W, 2200\,m a.s.l. The telescope detects Cherenkov light produced by relativistic electrons and positrons in air showers initiated by cosmic gamma-rays. The imaging technique is used to powerfully reject the background due to hadronically induced air showers from cosmic rays. Their inverse power-law energy-distribution leads to an increase of the event rate with decreasing energy threshold. For \MAGIC this implies a trigger rate in the order of 250\,Hz, and a correspondingly large data stream to be recorded and analyzed. A robust analysis software package, including the general framework \MARS, was developed and commissioned to allow automation, necessary for data taken under variable observing conditions. Since many of the astronomical sources of high-energy radiation, in particular the enigmatic gamma-ray bursts, are of a transient nature, the telescope was designed to allow repositioning in several tens of seconds, keeping a tracking accuracy of $\lesssim\,$0.01$^\circ$. Employing a starguider, a tracking accuracy of $\lesssim\,$1.3\,minutes of arc was obtained. The main class of sources at very high gamma-ray energies, known from previous imaging air-Cherenkov telescopes, are Active Galactic Nuclei with relativistic jets, the so-called high-peaked Blazars. Their spectrum is entirely dominated by non-thermal emission, spanning more than 15 orders of magnitude in energy, from radio to gamma-ray energies. Predictions based on radiation models invoking a synchrotron self-Compton or hadronic origin of the gamma-rays suggest, that a fairly large number of them should be detectable by \MAGIC. Promising candidates have been chosen from existing compilations, requiring high (synchrotron) X-ray flux, assumed to be related to a high (possibly inverse-Compton) flux at GeV energies, and a low distance, in oder to avoid strong attenuation due to pair-production in interactions with low-energy photons from the extragalactic background radiation along the line of sight. Based on this selection the first \AGN, emitting gamma-rays at 100\,GeV, 1ES\,1218+304 at a redshift of $z=0.182$, was discovered, one of the two farthest known \AGN emitting in the TeV energy region. In this context, the automated analysis chain was successfully demonstrated. The source was observed in January 2005 during six moonless nights for 8.2\,h. At the same time the collaborating \KVA-telescope, located near the \MAGIC site, observed in the optical band. The lightcurve calculated showed no day-to-day variability and is compatible with a constant flux of $F($\,$>$\,$100\,\mbox{GeV})=(8.7\pm1.4) \cdot 10^{-7}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ within the statistical errors. A differential spectrum between 87\,GeV and 630\,GeV was calculated and is compatible with a power law of $F_E(E) = (8.1\pm 2.1) \cdot 10^{-7}(E/\mbox{250\,GeV})^{-3.0\pm0.4}\,\mbox{TeV}^{-1}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ within the statistical errors. The spectrum emitted by the source was obtained by taking into account the attenuation due to pair-production with photons of the extragalactic background at low photon energies. A homogeneous, one-zone synchrotron self-Compton model has been fitted to the collected multi-wavelength data. Using the simultaneous optical data, a best fit model could be obtained from which some physical properties of the emitting plasma could be inferred. The result was compared with the so-called {\em Blazar sequence}.…
• Die wesentliche Motivation zum Bau des \MAGIC-Teleskops war die Untersuchung astronomischer Objekte zwischen 30\,GeV und $\lesssim$\,350\,GeV. Mit einem 17\,m \diameter\ Spiegel ist es das weltweit gr"o"ste abbildende Luft-Cherenkov Teleskop. Es steht auf der Kanarischen Insel San Miguel de La Palma auf dem Roque de los Muchachos. Das Teleskop detektiert Cherenkov Licht von Elektronen und Positron aus Luftschauern, erzeugt von kosmischer Gammastrahlung. Die abbildende Technik ist das Hauptmerkmal einer guten Unterdr"uckung des Untergrundes, derDie wesentliche Motivation zum Bau des \MAGIC-Teleskops war die Untersuchung astronomischer Objekte zwischen 30\,GeV und $\lesssim$\,350\,GeV. Mit einem 17\,m \diameter\ Spiegel ist es das weltweit gr"o"ste abbildende Luft-Cherenkov Teleskop. Es steht auf der Kanarischen Insel San Miguel de La Palma auf dem Roque de los Muchachos. Das Teleskop detektiert Cherenkov Licht von Elektronen und Positron aus Luftschauern, erzeugt von kosmischer Gammastrahlung. Die abbildende Technik ist das Hauptmerkmal einer guten Unterdr"uckung des Untergrundes, der haupts"achlich aus Luftschauern der kosmischen Strahlung besteht. Ihre Energieverteilung, beschrieben durch ein steil abfallendes Potenzgesetz, f"uhrt zu einem starken Anstieg der Ereignisrate bei sinkender Energieschwelle. F"ur \MAGIC bedeutet das Raten von etwa 250\,Hz, was zu einem gro"sen Datenstrom f"uhrt, der verarbeitet werden muss. Dazu wurde eine robuste Analyse Software, einschlie"slich des Grundger"ustes \MARS, entwickelt und ihre Anwendung automatisiert. Dies ist n"otig um wechselnde Beobachtungsbedingungen ber"ucksichtigen zu k"onnen. Da viele Quellen von Hochenergie Gammastrahlen, insbesondere die r"atselhaften {\em Gamma-Ray Bursts}, stark ver"anderliche Ph"anomene sind, wurde das Teleskop so ausgelegt, dass es Neuausrichtungen innerhalb weniger Sekunden erm"oglicht, und trotzdem eine Nachf"uhrgenauigkeit von $\lesssim\,$0.01$^\circ$ erreicht, die mit einem {\em Starguider} auf $\lesssim\,$1.3$'$ verbessert wird. %Dies wird erreicht durch den Vergleich %eines von einer \CCD-Kamera aufgenommenen Sternenfeldes mit dem %aus Sternenkatalogen berechneten. Die wichtigsten Quellen sehr hochenergetischer Gammastrahlung sind Aktive Galaktische Kerne mit relativistischen Jets, die sog.\ {\em high-peaked Blazars}. Ihr Spektrum erstreckt sich "uber mehr als 15 Gr"o"senordnungen, vom Radio- bis zum Gammabereich, und ist vollst"andig durch nicht-thermische Strahlung dominiert. Modelle, die {\em synchrotron selbst-Compton} Strahlung oder Strahlung aus hadroninduzierten Kaskaden zu Grunde legen, sagen voraus, dass eine gro"se Anzahl dieser Quellen von \MAGIC zu detektieren sein m"ussten. Vielversprechende Kandidaten wurden aus existierenden Katalogen ausgesucht mit der Anforderung eines gro"sen R"ontgenflusses (Synchrotronstrahlung), von dem erwartet wird, dass er einen gro"sen Fluss bei GeV-Energien zur Folge hat. Au"serdem wurden nur nahe Quellen ausgew"ahlt um nicht von der Abschw"achung des Flusses durch Paarbildung an der extragalaktischen Hintergrundstrahlung entlang der Sichtlinie betroffen zu sein. Basierend auf dieser Auswahl wurde zum ersten Mal Gammastrahlung von 100\,GeV bei einem \AGN (1ES\,1218+304,$z=0.182$) nachgewiesen. Hierbei wurde die automatische Analysekette erfolgreich demonstriert. Die Quelle wurde im Januar 2005 w"ahrend sechs mondloser N"achte 8.2 Stunden lang beobachtet. Zeitgleich wurden Daten im optischen Bereich vom mitarbeitenden \KVA-Teleskop aufgenommen. Die berechnete Lichtkurve ist innerhalb der statistischen Fehler mit einem konstanten Fluss von $F($\,$>$\,$100\,\mbox{GeV})=(8.7\pm1.4)\cdot 10^{-7}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ vertr"aglich. Das differentielle Spektrum wurde zwischen 87\,GeV und 630\,GeV bestimmt und ist innerhalb der statistischen Fehler mit einem Potenzgesetz $F_E(E)=(8.1\pm 2.1)\cdot10^{-7}\,(E/\mbox{250\,GeV})^{-3.0\pm0.4}\,\mbox{TeV}^{-1}\,\mbox{m}^{-2}\,\mbox{s}^{-1}$ vereinbar. Daraus wurde das von der Quelle emittierte Spektrum errechnet, indem die Paarbildung am extragalaktischen Hintergrund entlang der Sichtlinie ber"ucksichtigt wurde. An das resultierende Spektrum und weitere gesammelte Multiwellenl"angendaten wurde ein homogenes einzonen {\em synchrotron selbst-Compton} Modell angepasst. Unter Ber"ucksichtigung der zeitgleichen optischen Daten konnten physikalische Gr"o"sen des emittierenden Plasma bestimmt werden. Das Resultat wurde mit der sog.\ {\em Blazar-Sequenz} verglichen.…