Cherenkov-Teleskope sind in der Lage, das schwache Cherenkovlicht aus Teilchenschauern zu detektieren, die von kosmischen Teilchen mit Energien von ca. 100 GeV bis 100 TeV in der Erdatmosphäre initiiert werden. Das Ziel ist die Detektion von Cherenkovlicht aus Schauern, die von Gammastrahlen erzeugt wurden, der größte Teil der Schauer stammt jedoch von geladenen Teilchen. Im Jahr 2012 wurde das H.E.S.S.-Observatorium in Namibia, bis dahin bestehend aus vier Teleskopen mit 100 m²-Spiegeln, um ein fünftes Teleskop mit einer Spiegelfläche von ca. 600 m² ergänzt. Aufgrund der großen Spiegelfläche besitzt dieses Teleskop die niedrigste Energieschwelle aller Teleskope dieser Art. In dieser Dissertation wird ein schneller Algorithmus namens MonoReco präsentiert, der grundlegende Eigenschaften der Gammastrahlen wie ihre Energien und Richtungen rekonstruieren kann. Dieser Algorithmus kann weiterhin unterscheiden, ob Schauer von Gammastrahlen oder von geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung initiiert wurden. Diese Aufgaben werden mit mithilfe von künstlichen neuronalen Netzwerken erfüllt, welche ausschließlich die Momente der Intensitätsverteilungen in der Kamera des neuen Teleskops analysieren. Eine Energieschwelle von 59 GeV und Richtungsauflösungen von 0.1°-0.3° werden erreicht. Das Energiebias liegt bei wenigen Prozent, die Energieauflösung bei 20-30%. Unter anderem mit dem MonoReco-Algorithmus wurden Daten, die in der Zeit um das Periastron des Binärsystems PSR B1259-63/LS 2883 im Jahre 2014 genommen wurden, analysiert. Es handelt sich hierbei um einen Neutronenstern, der sich in einem 3,4-Jahres-Orbit um einen massereichen Stern mit einer den Stern umgebenden Scheibe aus Gas und Plasmen befindet. Zum ersten Mal konnte H.E.S.S. das Gammastrahlenspektrum dieses Systems bei Energien unterhalb von 200 GeV messen. Weiterhin wurde bei erstmaligen Beobachtungen zur Zeit des Periastrons ein lokales Flussminimum gemessen. Sowohl vor dem ersten als auch nach dem zweiten Transit des Neutronensterns durch die Scheibe wurden hohe Flüsse gemessen. Im zweiten Fall wurden Beobachtungen erstmals zeitgleich mit dem Fermi-LAT-Experiment durchgeführt, das wiederholt sehr hohe Flüsse in diesem Teil des Orbits messen konnte. Ein Vergleich der gemessenen Flüsse mit Vorhersagen eines leptonischen Modells zeigt gute Übereinstimmungen. / Cherenkov telescopes can detect the faint Cherenkov light emitted by air showers that were initiated by cosmic particles with energies between approximately 100 GeV and 100 TeV in the Earth's atmosphere. Aiming for the detection of Cherenkov light emitted by gamma ray-initiated air showers, the vast majority of all detected showers are initiated by charged cosmic rays. In 2012 the H.E.S.S. observatory, until then comprising four telescopes with 100 m² mirrors each, was extended by adding a much larger fifth telescope with a very large mirror area of 600 m². Due to the large mirror area, this telescope has the lowest energy threshold of all telescopes of this kind. In this dissertation, a fast algorithm called MonoReco is presented that can reconstruct fundamental properties of the primary gamma rays like their direction or their energy. Furthermore, this algorithm can distinguish between air showers initiated either by gamma rays or by charged cosmic rays. Those tasks are accomplished with the help of artificial neural networks, which analyse moments of the intensity distributions in the camera of the new telescope exclusively. The energy threshold is 59 GeV and angular resolutions of 0.1°-0.3° are achieved. The energy reconstruction bias is at the level of a few percent, the energy resolution is at the level of 20-30%. Data taken around the 2014 periastron passage of the gamma-ray binary PSR B1259-63/LS 2883 were analysed with, among others, the MonoReco algorithm. This binary system comprises a neutron star in a 3.4 year orbit around a massive star with a circumstellar disk consisting of gas and plasma. For the first time the gamma-ray spectrum of this system could be measured by H.E.S.S. down to below 200 GeV. Furthermore, a local flux minimum could be measured during unprecedented measurements at the time of periastron. High fluxes were measured both before the first and after the second transit of the neutron star through the disk. In the second case measurements could be performed for the first time contemporaneously with the Fermi-LAT experiment, which has repeatedly detected very high fluxes at this part of the orbit. A good agreement between measured fluxes and predictions of a leptonic model is found.

Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Emission von hochenergetischer Gammastrahlung aus Aktiven Galaxienkernen, anhand von Beobachtungen mit den MAGIC Teleskopen. Aktive Galaxien entstehen durch die Freisetzung von Gravitationsenergie der Stellarmaterie, die in das zentrale Schwarze Loch fällt. Zwei diametral entgegengesetzte Jets strömen aus dem Kern. Falls einer von diesen Jets zum Beobachter zeigt, wird der aktive Galaxienkern als Blazar bezeichnet. In dieser Doktorarbeit wird die Analyse der MAGIC Beobachtungen von drei Blazaren präsentiert: der bisher unbekannte hochenergetische Blazar 1ES 1727+502 und die bekannten Objekte 3C 279 und PKS 1510-089. Die Quelle 1ES 1727+502 gehört zu der Unterklasse der BL Lac Objekte, die die zahlenmässig größte Klasse an extragalaktischen hochenergetische Objekten ist. Diese Entdeckung beweist, wie wichtig es ist, mehrere und verschiedene Kriterien für die Auswahl von Objekten zu benutzen. Der Blazar 1ES 1727+502 wurde aus einem X-ray Katalog ausgesucht, die Datennahme war unabhängig von dem Aktivitätsstatus der anderen Energiebänder. Die Blazare 3C 279 und PKS 1510-089 gehören zu der Unterklasse des Flat Spectrum Radio Quasars. Es gibt nur drei bekannte Flat Spectrum Radio Quasare. Die Entdeckung von Flat Spectrum Radio Quasaren ist schwierig, weil im leisen Zustand der hochenergetische Fluss niedrig ist. Während eines Flares steigt der Fluss in sehr kurzer Zeit um mehrere Größenordnungen an, deswegen ist die Beobachtung eines Flares schwer zu realisieren aber physikalisch äußerst interessant. Die MAGIC Beobachtungen sind mit Messungen aus anderen Energiebändern kombiniert. Mögliche Interpretationen des beobachteten Verhaltens werden diskutiert. Die Ergebnisse werden erläutert und mit historischen Beobachtungen verglichen. Die offenen Fragen und Probleme, die Ziel zukünftiger Studien sein sollen, werden am Schluss hervorgehoben. / This PhD thesis addresses the problem of understanding the very high energy emission from active galactic nuclei as detected with the MAGIC telescopes. Active galactic nuclei are galaxies powered by the release of gravitational energy of stellar material falling into a black hole, located in their core. Two opposed jets extend from the central region outwards, if one of the them points towards the observer, the source is called a blazar. In this thesis the analysis of MAGIC observations of three different blazars is presented: the newly discovered very high energy blazar 1ES 1727+502, and the two known objects 3C 279 and PKS 1510-089. The source 1ES 1727+502 belongs to the subclass of BL Lac objects, the most numerous class of extragalactic very high energy emitters. This source was selected for observations from an X-ray catalogue and was observed even if no high activity states were reported at lower energies. For this reason, this discovery proves the importance of using several criteria for the selection of very high energy observation targets. The other two objects, 3C 279 and PKS 1510-089, belong to the subclass of flat spectrum radio quasars. We count only three representatives of this class in the very high energy domain. Their detection is critical because during quiescent states they have low flux levels at very high energies. During flaring states, flat spectrum radio quasars exhibit flux enhancements of orders of magnitudes and short time scales. Observations during such states, difficult to catch, are interesting because extreme processes are taking place. Very high energy observations of these three objects are complemented with measurements at lower energies and interpretations of the observed behaviours are discussed. The results are compared with historical observations, highlighting open questions and problems which should be addressed by future studies.

Gamma-ray binaries are systems that comprise a young, massive star and a compact object that can be either a young pulsar or a black hole. They emit radiation from radio up to tens of TeV and show flux variability along the whole electromagnetic spectrum. For three of the four detected gamma-ray binaries, the nature of the compact object is unknown. In this thesis we present a study of gamma-ray binaries through three approaches that involve the simultaneous study of these sources in X-rays and very high energy (VHE) gamma-rays. We present the discovery of correlated X-ray and VHE gamma-ray emission from LS I +61 303. The correlations indicates that the emission from these two bands could be originated in the same parent particle population, and we explore this idea through the calculation of a radiative model. This model allows us to significantly constrain the physical properties of the non-thermal emitter in LS I +61 303. For those systems where the compact object is a young pulsar, the interaction between the stellar and pulsar winds will give rise to strong shocks. The shocked pulsar wind is the candidate location for non-thermal emission from these systems. The shocked stellar wind should give rise to a thermal X-ray spectrum, but no such features have been detected in the X-ray spectrum of gamma-ray binaries. We present a model of the thermal emission of the shocked stellar wind and use it to constrain the pulsar properties. We have applied this method to two X-ray observations of LS 5039 and have successfully constrained the pulsar spin-down luminosity. Finally, we present a search for VHE emission from Scorpius X-1 through a simultaneous X-ray and VHE gamma-ray campaign. The X-ray observations allowed us to select black-hole states where non-thermal X-ray emission has been detected. We did not find significant VHE emission in any of the black hole states, but the upper limits derived will prove useful in future modelling of the non-thermal emitter in the source. / Les binàries de raigs gamma són sistemes binaries formats per una estrella jove i massiva i un objecte compacte, que pot ser un púlsar jove o un forat negre, que emeten radiació fins a desenes de TeV i mostren variabilitat orbital en totes les bandes d'emissió, des de radio fins a raigs gamma. En el cas de tres de les quatre binàries de raigs gamma detectades avui dia, se'n desconeix la natura de l'objecte compacte. En aquesta tesi presentem un estudi de les binàries de raigs gamma mitjançant tres treballs complementaris que involucren l'estudi simultani d'aquestes fonts en raigs X i raigs gamma de molt alta energia. En primer lloc presentem el descobriment d'emissió en raigs X i raigs gamma de molt alta energia correlades en el temps al sistema LS I +61 303. Aquesta correlació ens indica que l'emissió en les dues bandes pot provenir d'una única població d'electrons, i ho confirmem mitjançant la realització d'un model teòric de radiació que ens permet restringir significativament les propietats físiques de l'emissor no tèrmic de la font. En cas que la font energètica dels sistemes sigui un púlsar, la interacció entre els vents de l'estrella i el púlsar dona lloc a una regió d'interacció on el vent xocat del púlsar accelera partícules i emet des de radio fins a raigs gamma. A l'espectre de raigs X, però, no es detecta l'emissió tèrmica del vent xocat de l'estrella, que s'escalfa fins a desenes de milers de graus. Això ens ha permès estudiar la forma de la regió d'interacció, determinada principalment per la potència del púlsar, i fer un càlcul teòric de l'emissió en raigs X tèrmics. Hem aplicat aquest model al sistema LS 5039 i hem pogut determinar la potència del púlsar, fet important per a la modelització de l'emissió no tèrmica de la font. Finalment, presentem la cerca d'emissió de raigs gamma provinent de sistemes binaris fins ara no detectats. Una campanya simultània en raigs X i raigs gamma ens va permetre seleccionar les dades de molt alta energia del microquàsar Sco X-1 en funció de l'estat d'acreció sobre l'objecte compacte. Tot i no detectar la font en raigs gamma, els límits superiors obtinguts permeten restringir les propietats físiques de Sco X-1 rellevants per a l'emissió en molt alta energia.

Les expériences actuelles en astronomie gamma sont le satellite Fermi-LAT et les expériences au sol tel que H.E.S.S., VERITAS et MAGIC. La surveillance des sources d’énergie très élevées indique une physique diversifiée. Afin d’étudier la forme la plus énergétique de radiation et les phénomènes les plus violents qui se déroulent dans l’Univers, l’analyse des sources individuelles est importante. Les BL Lac, un type de galaxie active, constituent la classe de source extragalactique la plus abondante détecté dans les énergies du GeV au TeV, tandis que le nébuleuses de vent de Pulsar sont la classe la plus peuplée dans le plan galactique. Ces deux types  de sources ont des émissions variables de rayons gamma.Dans cette thèse, la variabilité de l'objet BL Lac B2 1215 + 30 est étudiée avec les données du satellite Fermi-LAT. Une grande variation de flux, détectée par Fermi-LAT en février 2014, est simultanée avec un éruption très lumineux observé au TeV par l'expérience VERITAS. En collaboration avec la collaboration VERITAS, la variabilité du flux de rayons gamma a été utilisée pour établir des contraintes sur la taille de la région d'émission et sur le facteur Doppler. La variabilité à long terme, en utilisant près de neuf ans de données de Fermi-LAT de 100 MeV jusqu'à 500 GeV, a permis de détecter plusieurs flares. L'étude de la variabilité du flux indique un comportement quasi périodique avec une période de jours.Ensuite, la variabilité du flux de l’un des objets les plus étudié, la Nébuleuse du Crabe, au TeV est étudiée avec dix ans d'observation de l'expérience H.E.S.S. Le spectre de la nébuleuse du crabe est mesuré de 280 GeV jusqu'à 62 TeV. Ceci est la première mesure qui s'étend à ces très hautes énergies. Considérée comme une “chandelle standard” en astronomie gamma, la nébuleuse du crabe est une source utilisée pour l'étalonnage et l'étude des instruments. L’observation de variations du flux au GeV par le satellite Fermi-LAT a par conséquent été une découverte inattendue. Ces variations de flux au GeV ont motivé la recherche de variations de flux au TeV en utilisant les données de l'expérience H.E.S.S. La position de la nébuleuse de crabe dans l'hémisphère nord et la localisation de H.E.S.S. en Namibie rendent cette enquête complexe en raison des importantes erreurs systématiques introduites par des conditions d'observation non optimales. Le travail sur la nébuleuse du crabe montre que la prise en compte de la transparence atmosphérique pour l'étude de l'évolution du flux avec le temps résulte en une réduction des effets systématiques. Aucune variation de flux n'a été observée à des énergies supérieures à 1 TeV dans les données de H.E.S.S. I. Une autre variation de flux au GeV signalée par le Fermi-LAT en octobre 2016 par télégramme astronomique, a été étudiée avec H.E.S.S. II. Cette analyse a montré que le GeV éruption a duré pendant un mois, et le flux avec H.E.S.S. a une variance excessive de 15 %. Cela devrait être comparé à l'incertitude systématique de 20 % fréquemment citée par H.E.S.S. / The current state-of-the-art experiments in gamma-ray astronomy are the Fermi-LAT in space and the ground-based H.E.S.S., VERITAS and MAGIC experiments. The monitoring of the very-high-energy gamma-ray emitting sources indicates the diverse physics taking place in astrophysical environments. To study the most energetic form of radiation and the most violent phenomena taking place in the Universe, individual source analyses are important. BL Lac objects, a subcategory of active galaxies, are the most abundant source class detected both in the GeV andTeV energies, while pulsar wind nebulae represent the most numerous identified source class in the galactic plane. Both source classes exhibit gamma-ray flux variations.In this thesis, the gamma-ray variability of the BL Lac object B2 1215+30 is presented with Fermi-LAT data. A bright flare, with 16 times the average quiescent flux, was detected in February 2014.In collaboration with the VERITAS experiment, the gamma-ray variability was investigated over five decades in energy. This work resulted in the detection of a luminous flare, seen simultaneously in GeV and TeV energies by both instruments. These results were used to set constraints on the size of the emission region and on the Doppler factor of the relativistic jet. Additionally, the long-term variability was studied using nine years of Fermi-LAT data. This brought out new flux enhancements, which characterize the long-term lightcurve from 100 MeV up to 500 GeV. Other striking characteristics are a steady linear increase of the yearly average flux, together with a hardening of the spectral index. The investigation of the light curve indicates a hint of quasi-periodic behavior with a period of around 1083±32 days.This work includes spectrum and flux variability studies for the well-studied but ever-surprising Crab Nebula at TeV energies with more than a decade of H.E.S.S. observations. The spectrum measured in this work goes from 280 GeV to 62 TeV, making this the first measurement tha textends to such very-high-energies. Considered as a standard candle for ground-based gamma-ray astronomy, the Crab Nebula is also used for calibration and instrument studies. The detection of GeV flares by the Fermi-LAT were unexpected and motivated the search of flux variations at TeVenergies with the H.E.S.S. experiment. The position of the Crab Nebula in the northern hemisphere makes this investigation challenging due to the large systematic uncertainties introduced by the non-optimal observation conditions. This work showed that the systematic uncertainties can be reduced by taking into account the atmospheric transparency. No flux variations were found at energies above 1 TeV from the H.E.S.S. I data. A flare reported by the Fermi-LAT in October 2016 was also investigated. This analysis showed the GeV flare lasting for one month, while the flux withH.E.S.S. II had an excess variance of 15 %. This should be compared to the commonly quoted 20% systematic uncertainty by H.E.S.S. experiment.

This thesis presents a method of identifying astronomical expressionsinherent within the spatial geography, cultural landscapes, and layouts of structures with a view to implementing the systematics in an African context. In determining astronomical codes of the southern African pre - early farmer and metalworking archaeological sites - this review deals with oral tradition, rituals, formative calendars, fertility, meteorites, eclipses, bio-diversity, sustainable agriculture, rainmaking and the general star lore. Conclusions are drawn from the hypothesis that certain structures functioned as astronomical expressions by use of monoliths and other configurations, with specific examples of how these possibilities were drawn from aspects within the Mapungubwe/Zimbabwe Cultural Complex and the preceding riverine cultural formations. / Dissertation (MSc(Applied Science))--University of Pretoria, 2009. / Architecture / unrestricted