Unfolding the spectrum of the blazar Markarian 421 using data from the first Large-Sized Telescope of the Cherenkov Telescope Array

Abstract

The nature of acceleration processes of very-high-energy radiation in the universe is largely unsolved. To study these, Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes measure Cherenkov radiation produced by secondary particles in Extensive Air Showers. The Cherenkov Telescope Array (CTA) is the next generation of ground-based Cherenkov astronomy to be built in the coming years parts on La Palma, Spain and parts at Paranal Observatory, Chile. The first prototype telescope of CTA, the LST-1, was inaugurated in 2018 on La Palma, and has been in the commissioning phase since. In this thesis, I develop a new automated analysis pipeline for analyses of point-like gamma-ray sources for LST-1 observations, using the workflow manager snakemake. I implement regularized unfolding in the open-source high-level gamma-ray analysis software Gammapy. I use the analysis pipeline and the unfolding implementation to analyze data of the blazar Markarian 421, creating an unfolded energy spectrum. The unfolded energy spectrum calculated in this thesis is compared to earlier analyses. It extends the measured range of the multi-wavelength energy spectrum of Markarian 421 to the highest energies.

Die Natur der Beschleunigungsmechanismen für sehr hochenergetische Strahlung im Universum ist weitestgehend ungeklärt. Um diese zu untersuchen, werden bildgebende, atmosphärische Tscherenkow Teleskope eingesetzt, die Tscherenkowstrahlung messen, die von Sekundärteilchen in ausgedehnten Luftschauern erzeugt wird. Das Cherenkov Telescope Array (CTA) ist die nächste Generation der bodengebundenen Tscherenkow-Astronomie und wird in den kommenden Jahren teils auf La Palma, Spanien, teils im Paranal Observatory, Chile, gebaut. Das erste Prototyp-Teleskop des CTA, das LST-1, wurde 2018 auf La Palma eingeweiht und befindet sich seitdem in der Phase der Inbetriebnahme. In dieser Arbeit entwickle ich eine neue automatisierte Analysepipeline für Analysen von punktartigen kosmischen Gammastrahlungsquellen für LST-1-Beobachtungen unter Verwendung des Workflow-Managers snakemake. Ich implementiere regularisiertes Entfalten in der quelloffenen Gammastrahlenanalysesoftware Gammapy. Ich verwende die Analysepipeline und die Entfalungsimplementierung, um Daten des Blazars Markarian 421 zu analysieren und ein entfaltetes Energiespektrum zu erstellen. Das in dieser Arbeit entfaltete Energiespektrum wird mit früheren Analysen verglichen und erweitert den gemessenen Bereich des multiwellenlängen Energiespektrums von Markarian 421 bis zu den höchsten Energien.