Nachweis von TeV-γ-Strahlung aus der Richtung der Blazare H 1426+428 und 1ES 1959+650 sowie der Radiogalaxie M87 mit den HEGRA-Cherenkov-Teleskopen

In der vorliegenden Arbeit werden die Suche nach punktförmigen und ausgedehnten extragalaktischen TeV-Gamma-Quellen und das Studium ihrer Eigenschaften beschrieben. Die Messungen wurden mit dem stereoskopischen HEGRA-Cherenkov-Teleskopsystem durchgeführt, das während seiner Betriebszeit bis zum Jahr 2002 das empfindlichste Instrument für die TeV-Gamma-Astrophysik oberhalb von 500 GeV gewesen ist. Die Analyse dieser Beobachtungen führte zum Nachweis der Blazare H1426+428 und 1ES1959+650 sowie der Radiogalaxie M87 als TeV-Gamma-Quellen. Ferner wurden Meßdaten von weiteren radiolauten extragalaktischen Objekten, Galaxienhaufen, sogenannten Starburst-Galaxien sowie Gamma-Ray Bursts ausgewertet, aus denen aussagekräftige obere Flußgrenzen bestimmt werden konnten. Der Blazar H1426+428 konnte in den HEGRA-Meßdaten aus den Jahren 1999 und 2000 erstmals mit großer Signifikanz als die zu diesem Zeitpunkt am weitesten entfernte TeV-Gamma-Quelle nachgewiesen werden. Dabei ergaben sich erstmalig Hinweise auf eine „spektrale Signatur“, die auf eine Extinktion der intrinsischen TeV-Gamma-Strahlung aufgrund der Wechselwirkung der TeV-Photonen mit dem extragalaktischen Hintergrundlicht (EHL) zurückgeführt werden kann. In Anbetracht dieses Ergebnisses wurde die Laufzeit des Teleskopsystemes um ein Jahr verlängert, so daß eine weitere tiefe Beobachtung von H1426+428 ermöglicht wurde. Die Ausprägung der Signatur der EHL-Extinktion im gemessenen Spektrum beruht insbesondere auf der sehr großen Entfernung dieses Objektes. Zur Absicherung dieser Interpretation wurde daher eine spektroskopische Beobachtung von H1426+428 am Calar-Alto-Observatorium beantragt und durchgeführt, aus der die Entfernung über die spektrale Rotverschiebung verifiziert werden konnte. In den Jahren 2000/2001 führte eine tiefe Beobachtung zum ersten Nachweis des Blazars 1ES1959+650 mit einer Signifikanz oberhalb von 5 Standardabweichungen. Im Jahr 2002 konnte zudem eine Reihe von unerwartet starken Ausbrüchen beobachtet werden. Die große Ereignisstatistik des Datensatzes erlaubt die Rekonstruktion des Spektrums von 1ES1959+650 bei verschiedenen Flußniveaus, wobei sich jedoch keine spektrale Variation gezeigt hat. Das Spektrum im hohen Flußzustand kann mit dem leptonischen SSC-Mechanismus beschrieben werden. Diese Modellierung scheitert jedoch für den speziellen Fall eines während einer gemeinsamen Meßkampagne mit dem Whipple-Cherenkov-Teleskop beobachteten kurzzeitigen TeV-Gamma-Ausbruches, der nicht von einer Flußzunahme im Röntgenbereich begleitet wurde. Die Radiogalaxie M87 konnte mit einer Signifikanz von 4.9 Standardabweichungen erstmals als TeV-Gamma-Quelle nachgewiesen werden. Dieses Ergebnis wurde mittlerweile durch Beobachtungen mit den H. E. S. S-Teleskopen bestätigt. M87 ist damit der erste Vertreter einer neuen Klasse von zweifelsfrei nachgewiesenen extragalaktischen TeV-Gamma-Quellen, die nicht zum Blazartyp gehören. Ein wesentliches Meßergebnis beruht auf dem Vergleich der mit den HEGRA- und den H. E. S. S-Teleskopen bestimmten integralen Photonenflüsse, bei dem sich deutliche Hinweise auf eine zeitlich variable TeV-Gamma-Emission zeigen. Damit kann eine Reihe von Modellen zur Erklärung dieser Strahlung ausgeschlossen werden, die einen konstanten Fluß vorhersagen. Derzeit werden blazarartige leptonische und hadronische Modellierungsansätze bevorzugt, die den Kern von M87 als Emissionsregion annehmen.