Measurement of spectral cut-offs of the active galactic nucleus MRK 421 with Veritas
Creators: name: Welsing, Roman
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Year: 2015
Subjects: subject: aktive Galaxienkerne
subject: Gamma-astronomie
subject: Cut-off
subject: Entfaltung
subject: Gamma-astronomy
subject: Active Galactic Nuclei
subject: Unfolding
subject: 530 Physik
subject: 29 Physik, Astronomie
subject: US 3600

description: VERITAS, ein abbildendes atmosphärisches Cherenkov-Teleskopsystem der dritten Generation, erlaubt es Spektren von hochenergetischer (E &gt; 100 GeV) Gammastrahlung mit grosser Präzision zu messen. Anhand dieser Energiespektren können Rückschlüsse über die Beschleunigungsmechanismen in der Gammastrahlungsquelle gezogen werden. Spektrale cut-offs können durch eine maximale, verfügbare Energie in der Quelle zu Stande kommen. In dieser Arbeit wurden 108 Stunden VERITAS-Daten des Blazars Markarian 421 mit Hilfe eines neu implementierten Forward Folding Algorithmus analysiert. Durch Forward Folding kann die komplette instrumentelle Antwortfunktion, einschliesslich Energieauflösung und -bias, in der Energierekonstruktion berücksichtigt werden. Diese Methode erlaubt es insbesondere spektrale Merkmale, wie etwa einen exponentiellen Cut-off, mit hinreichender Signifikanz zu beobachten. Zudem können die spektralen Parameter mit grosser Genauigkeit bestimmt werden. Eine Abhängikgeit des spektralen Index von der Flussstärke von Markarian 421 konnte mit einer Signifikanz von &gt; 3 Sigma nachgewiesen werden. Diese wurde als eine Verschiebung des Maximums der Emission, die auf dem Inversen Comptoneffekt basiert, zu höheren Energien interpretiert. Neben der Anwendung des Forward Folding auf Daten von Markarian 421, wurde das allgemeine Potential dieser Methode zur Detektion exponentieller Cut-offs mit VERITAS und CTA, dem TeV Gammastrahlenobservatorium der nächsten Generation, untersucht. Diese Studien zeigen den Einfluss der Energieauflösung auf und quantifizieren die Sensitivität auf Cut-offs bei verschiedenen Energien.
description: VERITAS, an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes, is capable of measuring spectra of very-high-energy (E &gt; 100 GeV) gamma-rays with high precision. On the basis of these spectra, conclusions can be drawn about the acceleration mechanisms in gamma-ray sources. For instance, spectral cut-offs can indicate that there is a maximal energy available in the source. In this work, 108 h of VERITAS data on the blazar Markarian 421 have been analysed by means of an implementation of a Forward Folding algorithm. By Forward Folding the complete instrument response function, factors including energy resolution and bias can be taken into account in the energy reconstruction. In particular, this method facilitates significant detections of spectral features, such as an exponential cut-off, and additionally, the spectral parameters can be determined with great accuracy. A dependence of the spectral index on the flux level of Markarian 421 could be detected with a significance of &gt; 3 Sigma. This dependence was interpreted as a shift of the peak energy of Inverse Compton emission to higher energies. Besides the application of Forward Folding to data of Markarian 421, the potential to detect exponential cut-offs with VERITAS and CTA, the next generation ground based gamma-ray observatory, with this method was investigated. This study shows the influence of the energy resolution on the sensitivity of the instrument to spectral cut-offs. This sensitivity has been quantified for various cut-off energies.