A catalog of variable high-energy gamma-ray sources and prospects for polarization measurement with the Fermi Large Area Telescope

Das Fermi Large Area Telescope (LAT) ist ein satellitengestutztes Gammastrahlungs-Teleskop zur Messung von Gammastrahlung im Energiebereich zwischen ∼ 30 MeV und mehreren hundert GeV. Der Nachweis extraterrestrischer Gammastrahlung in diesem Energiebereich erlaubt Ruckschlusse auf die astrophysikalischen Quellen der Gammastrahlung und Beschleunigungsmechanismen kosmischer Strahlung mit Energien zwischen 1 GeV und ∼ 10 TeV. Die Beobachtung von Quellen wahrend Phasen vorubergehend erhohter Gammastrahlungslusse (‘Flares’) ermoglicht dabei eine besonders empfindliche Untersuchung der Produktionsmechanismen kosmischer Strahlung in den Quellen, da die Eigenschaften kurzlich beschleunigter Teilchen unmittelbar studiert werden konnen. Der Hauptteil dieser Dissertation stellt das neueste Verzeichnis zeitlich variabler Gammastrahlungsquellen uber 100 MeV vor, den zweiten ‘Fermi All-sky Variability Analysis’ Katalog (2FAV). Der 2FAV Katalog enthalt uber 4500 Flares, welche in den ersten 7.4 Jahren der LAT Datennahme auf einem hohen Vertrauensniveau gemessen und an 518 verschiedenen Himmelspositionen beobachtet wurden. 441 dieser Quellpositionen im 2FAV konnen Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) zugeordnet werden. Die verbleibenden 77 Quellpositionen besitzen keine sichere Entsprechung in anderen Verzeichnissen von Gammastrahlungs- oder Blazarquellen und stellen moglicherweise neue Gammastrahlungsquellen dar. Bei der Untersuchung der Spektren der 2FAV Flares, welche sogenannten ‘Flat-Spectrum’ Radioquasaren (FSRQ) - eine Unterklasse der AGN - zugeordnet werden konnen, wurde durchweg ein harteres Gammastrahlungsspektrum wahrend Phasen erhohter Gammastrahlungsemission beobachtet. Zudem wurde eine Untergrenze in der Verteilung der spektralen Exponenten, Γ ≳ 1.5, in der Stichprobe der untersuchten Flares festgestellt. Unter der Annahme eines einfachen leptonischen Modells und dass die Verteilung beschleunigter Teilchen im Inertialsystem der Quelle isotrop ist, folgt daraus, dass die Energiespektren der kosmischen Strahlung, welche die Gammastrahlungs-Flares verursachen, mit dN/dE ∝ E −2 oder starker abfallen. Eine andere Moglichkeit, die Beschleunigungsmechanismen kosmischer Strahlung zu untersuchen, ist die Messung der Polarisation der begleitenden Gammastrahlung. Der letzte Teil dieser Dissertation enthalt eine vorlaufige Studie zur Messbarkeit linearer Polarisation astrophysikalischer Gammastrahlung mit dem LAT-Instrument. Bei Konversion hochenergetischer Photonen in Elektron-Positron-Paare verursacht eine lineare Polarisation der Gammastrahlung eine Modulation des Azimutwinkels der Ebenen, in denen die Elektron-Positron-Paare erzeugt wurden. Obwohl der LAT ursprunglich nicht als Polarimeter konzipiert wurde, ermoglicht das Instrument eine Messung dieser Modulation fur niederenergetische Primarteilchen (≲ 200 MeV), welche in den Silikonschichten des Detektors konvertieren. Eine Auswahl solcher Ereignisse, selektiert durch Algorithmen uberwachten maschinelles Lernens (‘supervised machine learning’), wird verwendet um die…