Search for transient phenomena in the very-high-energy gamma-ray sky with H.E.S.S.
Creators: name: Konno, Ruslan
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Multimessenger-Astronomie
subject: Gammastrahlen
subject: Nachverfolgung
subject: Abbildende Tscherenkow-Teleskope
subject: multi-messenger astronomy
subject: gamma rays
subject: transients follow-up
subject: imaging atmospheric cherenkov telescopes
subject: 530 Physik

description: Zeitabhängige Multimessenger-Astronomie ist die Studie von vorübergehenden astrophysikalischen Phänomenen mithilfe verschiedener Botschafterteilchen und -wellen. Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) ist ein bodengestütztes Teleskop-Array, das Gammastrahlen im Bereich von 30 GeV bis 100 TeV misst. In dieser Arbeit werden drei H.E.S.S.-Programme zur Nachverfolgung von vorübergehenden Phänomenen diskutiert. Zuerst wird das Nova-Programm vorgestellt, zusammen mit der Entdeckung des Ausbruchs von RS Ophiuchi (RS Oph) im Jahr 2021. RS Oph ist eine Nova, welche schon mehrmals ausgebrochen ist. Die Analyse der Nova, zeigt eine klare Detektion über die ersten fünf Nächte sowie eine marginale Detektion bis zu vier Wochen nach dem Ausbruch. RS Oph ist damit das erste galaktische vorübergehende Phänomen, das bei Energien von ~1 TeV detektiert wurde. Eine klare Variabilität des Spektrums wird gezeigt. Eine Diskussion zeigt, dass die beobachteten Gammastrahlen höchstwahrscheinlich durch beschleunigte Protonen innerhalb eines astrophysikalischen Schocks stammt. Die Ergebnisse zeigen eine zeitaufgelöster Teilchenbeschleunigung. Das zweite Programm ist das Gravitationswellen (GW)-Programm. Hier wird die Analyse von vier beobachteten Verschmelzungsereignissen von binären schwarzen Löchern vorgestellt. Es wird keine Detektion gemeldet, stattdessen werden Himmelskarten mit Höchstgrenzen produziert. Die Effektivität der GW-Nachverfolgung mit H.E.S.S. wird diskutiert. Das dritte Programm ist das Pionierprogramm für Gezeiten-Sternzerrissereignisse (TDEs), das in den letzten Jahren etabliert wurde. Herausforderungen des Programms werden diskutiert, und die H.E.S.S.-Nachverfolgung des Ereignisses AT2019uqv wird vorgestellt. Es werden keine Detektionen gemeldet, stattdessen werden obere Grenzen für AT2019uqv angegeben. Abschließend erfolgt ein Vergleich der Programme sowie ein Ausblick auf das nächste Jahrzehnt bodengestützter Gammastrahlenbeobachtungen.
description: Time-domain multi-messenger astronomy is the study of transient astrophysical phenomena using several messenger particles and waves. The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is a ground-based telescope array, which measures very-high-energy gamma rays between 30 GeV and 100 TeV. Within this work, three H.E.S.S. transients follow-up programs and their results are shown. At first, the nova program is shown together with the detection of the 2021 RS Ophiuchi (RS Oph) outburst. RS Oph is a known nova with past eruptions. The analysis of the nova presented in this work shows a clear detection over the first five nights of observations, and a marginal detection two to four weeks after the eruption. RS Oph is thus the first Galactic transient phenomenon detected at ~1 TeV energies. A clear variability of the spectrum is shown. A discussion of the underlying physics concludes, that the observed gamma-ray emission most likely stems from cooled protons accelerated within an astrophysical shock. The results show time-resolved particle acceleration. The second program is the gravitational-waves (GWs) program. Here, the analysis of four observed binary black hole merger events is shown. No detection is reported, and upper limit sky maps are derived instead. The viability of GW follow-up with H.E.S.S. is discussed, and a case is made for a potential counterpart detection. The third program is the tidal disruption event (TDE) program, a pioneered program established at the emergence of the source class within the last few years. Unique challenges of the follow-up program are discussed, and the H.E.S.S. follow-up of the event AT2019uqv is shown. No detection is reported, and upper limits for AT2019uqv are given instead. The interest in follow-up observations of TDEs with gamma-ray instruments is stressed. In conclusion, a comparison of the different programs and their requirements is given, together with an outlook for the next decade of ground-based gamma-ray observations.