Datenbasierte Methoden zur Energiekalibration von Luftcherenkovteleskopen

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Horns
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284334853

Die bodengestützte Gamma-Astronomie bei den höchsten Energien (>100 GeV) wird seit ca. 25 Jahren mit abbildenden Luftcherenkovteleskopen betrieben. MIt diesen Instrumenten sind eine Vielzahl von kosmischen Teilchenbeschleunigern entdeckt und untersucht worden. Die infrarote kosmische Hintergrundstrahlung lässt sich aus der Spektroskopie von extragalaktischen Gamma-Quellen rekonstruieren. Neue Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik, wie z.B. nicht-baryonische Dunkle Materie, leichte (neV) Nambu-Goldstone Bosonen oder auch Verletzung der Lorentz-Invarianz bei Energien nahe der Planck-Energie wird mit spektroskopischen Beobachtungen von kosmologischen Teilchenbeschleunigern untersucht. Um das volle Potenzial der derzeitigen (H.E.S.S., MAGIC, VERITAS) und zukünftigen Instrumente (Cherenkov telescope array: CTA) zum Einsatz zu bringen, ist jedoch eine sorgfältige Kalibration der Energieskala dieser Instrumente nötig; für CTA ist vorgesehen, die relativen systematischen Unsicherheiten auf die Energieskala kleiner als 10% zu halten. In dem hier vorgeschlagenen Projekt werden wir unsere Vorarbeiten im Bereich der Interkalibration von bodengestützten Cherenkovteleskopen mit satellitenbasierten Instrumenten weiterentwickeln. Hier ist insbesondere wichtig, dass im Gegensatz zu bisherigen modellabhängigen Methoden durch einen direkten Vergleich der Flussmessungen im überlappenden Energiebereich die modellbedingten Unsicherheiten eliminiert werden können. Wir schlagen zwei neue Ansätze zur Energiekalibration vor. Im Ansatz DC verwenden wir das direkte Cherenkovlicht von Eisenkernen in der oberen Atmosphäre zur Kalibration. Der Ansatz PSF verwendet die sehr gut definierte Punktabbildungsfunktion und deren Abhängigkeit von der Energieskala im Vergleich zwischen simulierten und gemessenen Gamma-Luftschauern. Die Methoden sind komplementär zueinander und orthogonal zu anderen Methoden, bei denen die Eigenschaften der Atmosphäre durch Messungen mit LIDAR-Systemen bestimmt werden, um dann indirekt die optische Transparenz (in anderen Wellenlängen) zu charakterisieren. Die Methoden sind geeignet, um die systematischen Unsicherheiten der Energiekalibration auf unter 10% zu reduzieren und zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen