Hamburg, Universiẗat, Diss., 1999.

Heidelberg, Universiẗat, Diss., 2004.

Wuppertal, Univ., Diss., 2001. / Computerdatei im Fernzugriff.

Wuppertal, Univ., Diss., 2001. / Computerdatei im Fernzugriff.

Wuppertal, Universiẗat, Diss., 2001.

One key scientific program of the MAGIC telescope project is the discovery and detection of blazars. They constitute the most prominent extragalactic source class in the very high energy (VHE) Gamma-ray regime with 29 out of 34 known objects (as of April 2010). Therefore a major part of the available observation time was spent in the last years on high-frequency peaked blazars. The selection criteria were chosen to increase the detection probability. As the X-ray flux is believed to be correlated to the VHE Gamma-ray flux, only X-ray selected sources with a flux F(X) > 2 μJy at 1 keV were considered. To avoid strong attenuation of the Gamma-rays in the extragalactic infrared background, the redshift was restricted to values between z < 0.15 and z < 0.4, depending on the declination of the objects. The latter determines the zenith distance during culmination which should not exceed 30° (for z < 0.4) and 45° (for z < 0.15), respectively. Between August 2005 and April 2009, a sample of 24 X-ray selected high-frequency peaked blazars has been observed with the MAGIC telescope. Three of them were detected including 1ES 1218+304 being the first high-frequency peaked BL Lacertae object (HBL) to be discovered with MAGIC in VHE Gamma-rays. One previously detected object was not confirmed as VHE emitter in this campaign by MAGIC. A set of 20 blazars previously not detected will be treated more closely in this work. In this campaign, during almost four years ~ 450 hrs or ~ 22% of the available observation time for extragalactic objects were dedicated to investigate the baseline emission of blazars and their broadband spectral properties in this emission state. For the sample of 20 objects in a redshift range of 0.018 < z < 0.361 integral flux upper limits in the VHE range on the 99.7% confidence level (corresponding to 3 standard deviations) were calculated resulting in values between 2.9% and 14.7% of the integral flux of the Crab Nebula. As the distribution of significances of the individual objects shows a clear shift to positive values, a stacking method was applied to the sample. For the whole set of 20 objects, an excess of Gamma-rays was found with a significance of 4.5 standard deviations in 349.5 hours of effective exposure time. For the first time a signal stacking in the VHE regime turned out to be successful. The measured integral flux from the cumulative signal corresponds to 1.4% of the Crab Nebula flux above 150 GeV with a spectral index α = −3.15±0.57. None of the objects showed any significant variability during the observation time and therefore the detected signal can be interpreted as the baseline emission of these objects. For the individual objects lower limits on the broad-band spectral indices αX−Gamma between the X-ray range at 1 keV and the VHE Gamma-ray regime at 200 GeV were calculated. The majority of objects show a spectral behaviour as expected from the source class of HBLs: The energy output in the VHE regime is in general lower than in X-rays. For the stacked blazar sample the broad-band spectral index was calculated to αX−Gamma = 1.09, confirming the result found for the individual objects. Another evidence for the revelation of the baseline emission is the broad-band spectral energy distribution (SED) comprising archival as well as contemporaneous multi-wavelength data from the radio to the VHE band. The SEDs of known VHE Gamma-ray sources in low flux states matches well the SED of the stacked blazar sample. / Eines der wissenschaftlichen Schlüsselprogramme des MAGIC Projektes ist die Entdeckung und Detektion von Blazaren. Diese stellen mit 29 von 34 bekannten Objekten die prominenteste extragalaktische Quellklasse im Bereich der sehr hochenergetischen (engl. very high energy, VHE) Gamma-Strahlung dar. Deshalb wurde in den letzten Jahren ein Großteil der verfügbaren Beobachtungszeit sogenannten Blazaren mit hochfrequenten Peaks (engl. high-frequency peaked) gewidmet. Die Auswahlkriterien dafür wurden entsprechend gewählt, um die Detektionswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Da man glaubt, dass der Röntgenfluss mit dem VHE Gamma-Fluss korreliert, wurden nur röntgenselektierte Quellen mit einem Fluss F(X) > 2 μJy bei 1 keV betrachtet. Um eine starke Abschwächung der Gamma-Strahlung innerhalb des extragalaktischen Infrarot-Hintergrundes zu vermeiden, wurde die Rotverschiebung auf Werte zwischen z < 0,15 und z < 0,4 begrenzt, abhängig von der Deklination der Objekte. Diese bestimmt die Zenitdistanz während der Kulmination, der 30° (für z < 0,15) bzw. 45° (für z < 0,4) nicht übersteigen sollte. Zwischen August 2005 und April 2009 wurde ein Sample aus 24 röntgenselektierten high-frequency peaked Blazaren mit dem MAGIC Teleskop beobachtet. Drei davon wurden detektiert, einschließlich 1ES 1218+304, der erste HBL (engl. von high-frequency peaked BL Lacertae object), der mit MAGIC im VHE Gamma-Bereich entdeckt wurde. Ein früher entdecktes Objekt konnte in dieser Kampagne nicht von MAGIC als VHE Emitter bestätigt werden. Ein Set aus 20 im Vorfeld nicht detektierten Blazaren wird in dieser Arbeit genauer betrachtet. Während fast vier Jahren wurden in dieser Kampagne ~ 450 h oder ~ 22% der verfügbaren Beobachtungszeit für extragalaktische Objekte der Untersuchung der Grundzustandsemission von Blazaren und deren breitbandspektralen Eigenschaften in diesem Zustand gewidmet. Für das Sample aus 20 Objekten in einem Rotverschiebungsbereich 0.018 < z < 0.361 wurden integrale Flussobergrenzen im VHE Bereich auf Basis eines 99,7% Konfidenzlevels (entsprechend 3 Standardabweichungen) berechnet. Damit liegen die Obergrenzen zwischen 2,9% und 14,7% des integralen Flusses des Krebsnebels. Da die Verteilung der Signifikanzen der einzelnen Objekte eine klare positive Verschiebung aufweist, wurde eine Stacking-Methode auf das Sample angewandt. Für das gesamte Set aus 20 Objekten konnte ein Gamma-Strahlungsexzess mit einer Signifikanz von 4,5 Standardabweichungen bei einer effektiven Beobachtungszeit von 349,5 h gefunden werden. Zum ersten Mal war ein Signal-Stacking im VHE Bereich erfolgreich. Der gemessene integrale Fluss des kumulativen Signals entspricht 1,4% des Flusses des Krebsnebels oberhalb einer Energie von 150 GeV mit einem Spektralindex α = −3,15 ± 0,57. Keines der Objekte zeigte Anzeichen für Variabilität während der Beobachtungszeit und daher kann das detektierte Signal als die Grundzustandsemission dieser Objekte angesehen werden. Für die einzelnen Objekte wurden untere Grenzen für die Breitband-Spektralindizes X−Gamma zwischen dem Röntgenbereich bei 1 keV und dem VHE Gamma-Bereich bei 200GeV berechnet. Die Mehrheit der Objekte zeigt ein spektrales Verhalten, wie es für die Klasse der HBLs erwartet wird: Der Energieausstoß im VHE Gamma-Bereich is im allgemeinen niedriger als im Röntgenbereich. Für das mit dem Stacking betrachtete Blazar-Sample wurde der Breitband-Spektralindex zu αX−Gamma = 1,09 berechnet, was die Ergebnisse für die einzelnen Objekte bestätigt. Ein weiterer Hinweis für die Aufdeckung der Grundzustandsemission ist die breitband-spektrale Energieverteilung (engl. spectral energy distribution, SED), die Archiv- wie auch kontemporäre Multiwellenlängendaten vom Radio- bis in den VHE Gamma-Bereich enthält. Die SEDs bekannter VHE Gamma-Quellen in niedrigen Flusszuständen stimmt gut mit der SED aus dem Stacking des Blazar-Samples überein.

Pulsars (in short for Pulsating Stars) are magnetized, fast rotating neutron stars. The basic picture of a pulsar describes it as a neutron star which has a rotation axis that is not aligned with its magnetic field axis. The emission is assumed to be generated near the magnetic poles of the neutron star and emitted along the open magnetic field lines. Consequently, the corresponding beam of photons is emitted along the magnetic field line axis. The non-alignment of both, the rotation and the magnetic field axis, results in the effect that the emission of the pulsar is only seen if its beam points towards the observer. The emission from a pulsar is therefore perceived as being pulsed although its generation is not. This rather simple geometrical model is commonly referred to as Lighthouse Model and has been widely accepted. However, it does not deliver an explanation of the precise mechanisms behind the emission from pulsars (see below for more details). Nowadays more than 2000 pulsars are known. They are observed at various wavelengths. Multiwavelength studies have shown that some pulsars are visible only at certain wavelengths while the emission from others can be observed throughout large parts of the electromagnetic spectrum. An example of the latter case is the Crab pulsar which is also the main object of interest in this thesis. Originating from a supernova explosion observed in 1054 A.D. and discovered in 1968, the Crab pulsar has been the central subject of numerous studies. Its pulsed emission is visible throughout the whole electromagnetic spectrum which makes it a key figure in understanding the possible mechanisms of multiwavelength emission from pulsars. The Crab pulsar is also well known for its radio emission strongly varying on long as well as on short time scales. While long time scale behaviour from a pulsar is usually examined through the use of its average profile (a profile resulting from averaging of a large number of individual pulses resulting from single rotations), short time scale behaviour is examined via its single pulses. The short time scale anomalous behaviour of its radio emission is commonly referred to as Giant Pulses and represents the central topic of this thesis. While current theoretical approaches place the origin of the radio emission from a pulsar like the Crab near its magnetic poles (Polar Cap Model) as already indicated by the Lighthouse model, its emission at higher frequencies, especially its gamma-ray emission, is assumed to originate further away in the geometrical region surrounding a pulsar which is commonly referred to as a pulsar magnetosphere (Outer Gap Model). Consequently, the respective emission regions are usually assumed not to be connected. However, past observational results from the Crab pulsar represent a contradiction to this assumption. Radio giant pulses from the Crab pulsar have been observed to emit large amounts of energy on very short time scales implying small emission regions on the surface of the pulsar. Such energetic events might also leave a trace in the gamma-ray emission of the Crab pulsar. The aim of this thesis is to search for this connection in the form of a correlation study between radio giant pulses and gamma-photons from the Crab pulsar. To make such a study possible, a multiwavelength observational campaign was organized for which radio observations were independently applied for, coordinated and carried out with the Effelsberg radio telescope and the Westerbork Synthesis Radio Telescope and gamma-ray observations with the Major Atmospheric Imaging Cherenkov telescopes. The corresponding radio and gamma-ray data sets were reduced and the correlation analysis thereafter consisted of three different approaches: 1) The search for a clustering in the differences of the times of arrival of radio giant pulses and gamma-photons; 2) The search for a linear correlation between radio giant pulses and gamma-photons using the Pearson correlation approach; 3) A search for an increase of the gamma-ray flux around occurring radio giant pulses. In the last part of the correlation study an increase of the number of gamma-photons centered on a radio giant pulse by about 17% (in contrast with the number of gamma-photons when no radio giant pulse occurs in the same time window) was discovered. This finding suggests that a new theoretical approach for the emission of young pulsars like the Crab pulsar, is necessary. / Pulsare (Kurzform von Pulsating Stars) sind stark magnetisierte, rotierende Neutronensterne. Nach dem Standardmodell ist ein Pulsar ein Neutronenstern mit einer Rotationsachse, die nicht entlang der Achse seines Magnetfelds ausgerichtet ist. Es wird angenommen, dass die Pulsarstrahlung in der Nähe der Pole des Neutronensterns an offenen Magnetfeldlinien entsteht. Der dadurch entstehende Photonenstrahl wird entlang der Magnetfeldachse emittiert. Die unterschiedlichen Ausrichtungen der Rotations- und Magnetfeldachse führen dazu, dass die Strahlung des Pulsars von einem Beobachter nur wahrgenommen wird, wenn der Photonenstrahl die Sichtlinie des Beobachters überstreicht. Durch diesen Effekt wird beim Beobachter der Anschein erweckt die Pulsarstrahlung sei gepulst, obwohl sie kontinuerlich produziert wird. Dieses vereinfachte geometrische Model, in der Literatur oftmals als Leuchtturm Modell bezeichnet, ist heutzutage weitestgehend akzeptiert. Es liefert dennoch keine Erklärung für die genaue Entstehung der Pulsarstrahlung (siehe weiter unten). Heutzutage sind mehr als 2000 Pulsare bekannt und werden mittlerweile nicht nur bei Radiowellenlängen untersucht. Multiwellenlängenstudien haben zu der Entdeckung geführt, dass einige Pulsar nur in bestimmten Wellenlängenbereichen sichtbar sind, während die Strahlung von anderen Pulsaren in weiten Teilen des elektromagnetischen Spektrums nachgewiesen werden kann. Ein Beispiel für letzteren Fall ist der Crab Pulsar, das Objekt das die vorliegende Arbeit hauptsächlich betrachtet. Entstanden in einer Supernova, die im Jahre 1054 n.Chr. beobachtet wurde, wurde er 1968 als stellarer Überrest dieser Explosion entdeckt und seitdem im Rahmen zahlreicher Studien untersucht. Seine gepulste Strahlung kann im gesamten elektromagnetischen Spektrum nachgewiesen werden. Diese Eigenschaft macht ihn zu einem Schlüsselobjekt für die Erforschung möglicher Emissionsmechanismen der Strahlung von Pulsaren. Eine weitere Besonderheit des Crab Pulsars liegt auch in dem anomalen Verhalten seiner Radiostrahlung auf kurzen Zeitskalen. Während das Langzeitverhalten eines Pulsars mittels seines mittleren Pulsprofiles (eines Profils resultierend aus der Mittelung vieler Einzelpulse aus einzelnen Rotationen) untersucht wird, wird das Kurzzeitverhalten mittels einzelner Pulse untersucht. Als anomales Verhalten der Radiostrahlung des Crab Pulsars auf diesen kurzen Zeitskalen sind die sogenannten Riesenpulse (Giant Pulses) von Interesse. Einzelpulse dieser Art sind der zentrale zu untersuchende Aspekt der vorliegenden Arbeit. Gängige theoretische Modelle gehen davon aus, dass die Radiostrahlung eines Pulsars in der Nähe der Pole entsteht (Polar Cap Model), wie zuvor vom Leuchtturm Model impliziert wurde, während die hochfrequente Strahlung, wie z.B. die gamma-Strahlung, weiter außen in der Magnetosphäre, die den Pulsar umgibt, entsteht (Outer Gap Model). Ausgehend von diesen beiden theoretischen Ansätzen, wird angenommen, dass die entsprechenden Entstehungsregionen nicht miteinander verbunden sind. Die bisherigen Beobachtungen des Crab Pulsars widersprechen jedoch dieser Annahme. Untersuchungen der Riesenpulse des Crab Pulsars im Radiobereich haben ergeben, dass diese Einzelpulse große Energiemengen binnen sehr kurzen Zeitskalen freisetzen. Dieses Phänomen deutet auf sehr kleine Emissionsregionen auf der Oberfläche des Pulsars hin. Eine Freisetzung dieser Energiemengen könnte auch Spuren im Bereich der hochenergetischen gamma-Strahlung hinterlassen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher eine Untersuchung einer möglichen Verbindung zwischen den Radiopulsen des Crab Pulsars im Radiobereich und seiner gamma-Strahlung in der Form einer Korrelationsstudie. Um eine solche Studie zu ermöglichen, wurde eine Multiwellenlängen Beobachtungskampagne organisiert. Im Rahmen dieser Kampagne wurden selbstständig Radiobeobachtungen am Effelsberger Radioteleskop und am Westerbork Synthesis Radio Telescope und gamma-Beobachtungen an den Major Atmospheric Imaging Cherenkov Teleskopen erfolgreich beantragt, koordiniert und (teilweise selbstständig vor Ort) ausgeführt. Die daraus entstehenden Datensätze wurden entsprechend bearbeitet und in der resultierenden Korrelationsanalyse wurden die folgenden Aspekte untersucht: 1) Eine Anhäufung in den Ankunftszeiten von Riesenpulsen und gamma-Photonen; 2) Eine Suche nach einer linearen Korrelation zwischen Riesenpulsen und gamma-Photonen mittels der Pearson Korrelation; 3) Eine Suche nach einer Erhöhung des Flusses von gamma-Photonen in der zeitlichen Umgebung eines Riesenpulses im Radiobereich. Im letzten Teil der Analyse konnte eine Erhöhung der Anzahl von gamma-Photonen, die zeitlich auf einem Riesenpuls zentriert sind, von ungefähr 17% (im Vergleich zu der entsprechenden Anzahl im gleichen Zeitfenster, wenn kein Riesenpuls vorhanden ist) nachgewiesen werden. Dieses Ergebnis gibt einen wichtigen Impuls für die Überarbeitung der bereits vorhandenen Emissionsmodelle von jungen Pulsaren wie dem Crab Pulsar.

BL Lacertae objects belong to the most luminous sources in the Universe. They represent a subclass of active galactic nuclei with a spectrum that is dominated by non-thermal emission, extending from radio wavelengths to tera electronvolt (TeV) energies. The emission is strongly variable on time scales of years down to minutes, and arises from relativistic jets pointing at small angles to the line of sight of the observer, which is the reason for naming them “blazars”. Blazars are the dominant extragalactic source class in the radio, microwave and gamma-ray regime, are prime candidates for the origin of the Cosmic Rays and excellent laboratories to study black hole and jet physics as well as relativistic effects. Despite more than 20 years of observational efforts, the physical mechanisms driving their emission are not yet fully understood. So far, studies of their broad-band continuum emission were mostly concentrated on bright, flaring states. However, for a better understanding of the central engine powering the jets, the bias from flux-limited observations of the past must be overcome and their long-term average continuum spectral energy distributions (SEDs) must be determined. This work presents the first simultaneous multi-wavelength campaigns from the radio to the TeV regime of two high-frequency peaked BL Lacertae objects known to emit at TeV energies. The first source, 1ES 1011+496, was observed between February and May 2008, the second one, 1ES 2344+514, between September 2008 and February 2009. The extensive observational campaigns were organised independently from an external trigger for the presence of a flaring state. Since the duty cycle of major flux outbursts is known to be rather low, the campaigns were expected to yield SEDs representative of the long-term average emission. Central for this thesis is the analysis of data obtained with the MAGIC Cherenkov telescope, measuring energy spectra and light curves from ~0.1 to ~10 TeV. For the remaining instruments, observation time was proposed and additional data was organised by collaboration with the instrument teams by the author of this work. Such data was obtained mostly in a fully reduced state. Individual light curves are investigated as well as combined in a search for inter-band correlations. The data of both sources reveal a notable lack of a correlation between the emission at radio and optical wavelengths, indicating that the radio and short-wavelength emission arise in different regions of the jet. Quasi-simultaneous SEDs of two different flux states are observationally determined and described by a one-zone as well as a self-consistent two-zone synchrotron self-Compton model. First approaches to model the SEDs by means of a Chi2 minimisation technique are briefly discussed. The SEDs and the resulting model parameters, characterising the physical conditions in the emission regions, are compared to archival data. Though the models can describe the data well, for 1ES 1011+496 the model parameters indicate that in addition to the synchrotron and inverse-Compton emission of relativistic electrons, emission due to accelerated protons seems to be required. The SEDs of 1ES 2344+514 reveal one of the lowest activity states ever detected from the source. Despite that, the model parameters are not indicative of a distinct quiescent state, which may be caused by the degeneracy of the different parameters in one-zone models. Moreover, indications accumulate that the radiation can not be attributed to a single emission region. The results disfavour some of the current blazar classification schemes and the so-called “blazar sequence”, emphasising the need for a more realistic explanation of the systematics of the blazar SEDs in terms of fundamental parameters. / BL Lacertae-Objekte sind mit die leuchtkräftigsten Quellen im Universum. Sie stellen eine Unterklasse der Galaxien mit aktiven Kernen dar. Ihr Spektrum erstreckt sich von Radio-Wellenlängen bis in den Tera-Elektronvolt (TeV)-Bereich und ist dominiert durch nicht-thermische Strahlung. Ihre Emission is stark variabel, auf Zeitskalen von Jahren bis Minuten, und entsteht in relativistischen Jets, welche mit einem geringen Winkel zur Sichtlinie beobachtet werden. Daher werden diese Objekte “Blazare” genannt. Blazare sind die dominierende extragalaktische Quellpopulation im Radio-, Mikrowellen- und Gamma-Regime, gehören zu den favorisierten Quellen der Kosmischen Strahlung und bieten ausgezeichnete Bedingungen, um die Physik schwarzer Löcher, Jets sowie relativistische Effekte zu untersuchen. Trotz mehr als 20 Jahre andauernder Beobachtungen sind die physikalischen Mechanismen, welche für die Emission verantwortlich sind, noch nicht völlig verstanden. Bisher konzentrierten sich die Untersuchungen der Breitband-Kontinuumsstrahlung der Quellen hauptsächlich auf deren helle Ausbrüche. Um jedoch die zentrale Komponente der Jetenergetik zu verstehen, muss die in der Vergangenheit aufgebaute Tendenz zu flusslimitierten Beobachtungen überwunden werden, und die über lange Zeiträume gemittelten spektralen Energieverteilungen bestimmt werden. Die vorliegende Arbeit präsentiert die ersten simultanen Multiwellenlängenkampagnen vom Radio- bis in den TeV-Bereich für zwei BL Lacertaue Objekte, welche als TeV-Emitter bekannt sind. Die erste der beiden Quellen, 1ES 1011+496, wurde zwischen Februar und Mai 2008 beobachtet, 1ES 2344+514, die zweite Quelle, von September 2008 bis Februar 2009. Die umfangreichen Beobachtungskampagnen wurden unabhängig von externen Benachrichtigungen über hohe Flusszustände organisiert. Da starke Ausbrüche der Quellen relativ selten sind, wurde von den Kampagnen erwartet, dass eine spektrale Energieverteilung erbringen würden, welche repräsentativ für ein Langzeitmittel der Emission wäre. Die Analyse der Daten des MAGIC-Cherenkov-Teleskops, welches im Bereich von ~0.1 – 10 TeV beobachtet, nahm in dieser Arbeit ein zentrale Rolle ein. Daten der übrigen Instrumente wurde entweder über Anträge auf Beobachtungszeit oder Kooperationen mit den Instrumententeams vom Autor dieser Arbeit eingeworben. Entsprechende Daten wurden hauptsächlich in einer finalen Form übermittelt. In dieser Arbeit werden die individuellen Lichtkurven untersucht sowie für die Suche nach Korrelationen zwischen den verschiedenen Bändern verwendet. Für beide Quellen konnte keine Korrelation zwischen dem Radio- und optischen Bereich gefunden werden, was darauf hindeutet, dass deren Strahlung in unterschiedlichen Regionen des Jets produziert wird. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wurden quasi-simultane spektrale Energieverteilungen in je zwei unterschiedlichen Flusszuständen ermittelt und mit Hilfe eines Ein-Zonen sowie eines selbst-konsistenten Zwei-Zonen-Synchrotron-Selbst-Compton-Modells beschrieben. Erste Versuche, die Energieverteilungen mit Hilfe einer Chi2-Minimisierungsstrategie zu untersuchen werden kurz erläutert. Die gewonnen Modellparameter, welche die physikalischen Eigenschaften der Emissionsregionen charakterisieren, werden mit Archivdaten verglichen. Obwohl die Modelle die spektralen Energieverteilungen gut beschreiben können, deuten die Modellparameter darauf hin, dass neben der Synchrotron- und invers-Compton-Strahlung relativistischer Elektronen auch Protonen zur Emission beitragen. Im Fall von 1ES 2344+514 konnte einer der niedrigsten jemals gemessenen Flusszustände beobachtet werden, welcher jedoch nicht durch Modellparameter gegeben ist, die auf einen Grundzustand der Quelle hindeuten würden. Eine Ursache hierfür könnte in der Entartung der Modellparameter der ein-Zonen-Modelle liegen. Zusätzlich zeichnet sich ab, dass mehrere Regionen für die beobachtete Emission verantwortlich sind. Die gewonnenen Ergebnisse sind schwer mit aktuellen Szenarien der Klassifikation der Blazare sowie der sogenannten “Blazar-Sequenz” vereinbar. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass eine realistischere, auf grundlegenden Parametern basierende Interpretation der Systematiken der spektralen Energieverteilungen von Nöten ist.

In this thesis, the broad band emission, especially in the gamma-ray and radio band, of the active galaxy IC 310 located in the Perseus cluster of galaxies was investigated. The main experimental methods were Cherenkov astronomy using the MAGIC telescopes and high resolution very long baseline interferometry (VLBI) at radio frequencies (MOJAVE, EVN). Additionally, data of the object in different energy bands were studied and a multi-wavelength campaign has been organized and conducted. During the campaign, an exceptional bright gamma-ray flare at TeV energies was found with the MAGIC telescopes. The results were compared to theoretical acceleration and emission models for explaining the high energy radiation of active galactic nuclei. Many open questions regarding the particle acceleration to very high energies in the jets of active galactic nuclei, the particle content of the jets, or how the jets are launched, were addressed in this thesis by investigating the variability of IC 310 in the very high energy band. It is argued that IC310 was originally mis-classified as a head-tail radio galaxy. Instead, it shows a variability behavior in the radio, X-ray, and gamma-ray band similar to the one found for blazars. These are active galactic nuclei that are characterized by flux variability in all observed energy bands and at all observed time scales. They are viewed at a small angle between the jet axis and the line-of-sight. Thus, strong relativistic beaming influences the variability properties of blazars. Observations of IC 310 with the European VLBI Network helped to find limits for the angle between the jet axis and the line-of-sight, namely 10 deg - 20 deg. This places IC 310 at the borderline between radio galaxies (larger angles) and blazars (smaller angles). During the gamma-ray outburst detected at the beginning of the multi-wavelength campaign, flux variability as short as minutes was measured. The spectrum during the flare can be described by a simple power-law function over two orders of magnitude in energy up to ~10 TeV. Compared to previous observations, no significant variability of the spectral shape was found. Together with the constraint on the viewing angle, this challenges the currently accepted models for particle acceleration at shock waves in the jets. Alternative models, such as stars moving through the jets, mini-jets in the jet caused, e.g., by reconnection events, or gap acceleration in a pulsar-like magnetosphere around the black hole were investigated. It was found that only the latter can explain all observational findings, which at least suggests that it could even be worthwhile to reconsider published investigations of AGN with this new knowledge in mind. The first multi-wavelength campaign was successfully been conducted in 2012/2013, including ground-based as well as space-based telescopes in the radio, optical, ultraviolet, X-ray, and gamma-ray energy range. No pronounced variability was found after the TeV flare in any energy band. The X-ray data showed a slightly harder spectrum when the emission was brighter. The long-term radio light curve indicated a flickering flux variability, but no strong hint for a new jet component was found from VLBI images of the radio jet. In any case, further analysis of the existing multi-wavelength data as well as complimentary measurements could provide further exciting insights, e.g., about the broad band spectral energy distribution. Overall, it can be stated that IC 310 is a key object for research of active galactic nuclei in the high-energy band due to its proximity and its peculiar properties regarding flux variability and spectral behavior. Such objects are ideally suited for studying particle acceleration, jet formation, and other physical effects and models which are far from being fully understood. / Für diese Arbeit wurde die Breitbandemission des Aktiven Galaxienkerns IC 130, der sich im Perseus Galaxienhaufen befindet, speziell im Gammastrahlen- und Radiobereich untersucht. Die experiementellen Methoden, die dabei verwendet wurden, sind Tscherenkow Astronomie mit den MAGIC Teleskopen, und hochauflösende Interferometrie (englisch: very long baseline interferometry, kurz VLBI) bei Frequenzen im Radiobereich (MOJAVE, EVN). Zusätzlich wurden Daten des Objektes in verschiedenen Energiebändern studiert und eine Multiwellenlängen-Kampagne organisiert und durchgeführt. Während der Kampagne wurde ein außergewöhnlicher, heller Gammastrahlenausbruch bei TeV-Energien mit den MAGIC Teleskopen gefunden. Die Ergebnisse wurden mit theoretischen Beschleunigungs- und Emissionsmodellen verglichen, die zur Erklärung von Hochenergiestrahlung in Aktiven Galaxienkernen herangezogen werden. Viele offene Fragen bezüglich der Teilchenbeschleunigung zu sehr hohen Energien in Jets von Aktiven Galaxienkernen, den Teilcheninhalt der Jets, und der Jetentstehung, wurden in dieser Arbeit anhand der Variabilitätseigenschaften von IC 310 im sehr hohen Energiebereich diskutiert. Es stellt sich heraus, dass IC 310 bisher fälschlicherweise als sog. “head-tail” Radiogalaxie klassifiziert wurde. Stattdessen zeigt sich, dass das Variabilitätsverhalten im Radio-, Röntgen-, und Gammastrahlenbereich demjenigen von Blazaren ähnelt. Diese Objekte sind Aktive Galaxienkerne, bei denen Variabilität des Flusses in allen beobachteten Energiebändern und auf allen beobachteten Zeitskalen gemessen werden kann. Bei Blazaren wird ein kleiner Winkel zwischen Jetachse und Sichtlinie vermutet. Die dadurch enstehenden relativistische Aberration und Verstärkung nehmen Einfluß auf die Variabilitätseigenschaften. Beobachtungen von IC 310 mit dem Europäischen VLBI Netzwerk halfen, den Winkel zwischen der Jetachse und der Sichtline auf 10 −20 Grad einzuschränken. Damit ist IC 310 ein Objekt, das sich nicht klar als Radiogalaxie (größere Winkel) oder Blazar (kleinere Winkel) definieren lässt. Während des Gammastrahlenausbruchs, der zu Beginn der Multiwellenlängen-Kampagne detektiert wurde, konnten Flussveränderungen auf Zeitskalen von wenigen Minuten gemessen werden. Das während diesem Ausbruchs gemessene Spektrum kann beschreiben werden mit einem einfachen Potenzgesetz über zwei Dekaden in Energie bis ~10 TeV, ohne dabei Hinweise auf ein Abbrechen zu zeigen. Beim Vergleich mit früheren Beobachtungen konnten keine signifikanten Veränderungen der spektralen Form festgestellt werden. Zusammen mit der Einschränkung des Winkels stellt diese Beobachtung die derzeit weit verbreiteten Modelle der Teilchenbeschleunigung durch Stoßwellen in den Jets grundlegend in Frage. Alternative Modelle, die auf Einflüssen von Sternen, die sich durch den Jet bewegen, oder auf sogenannten Mini-Jets im Jet, die z.B. durch Rekonnektion entstehen, beruhen, wurden diskutiert. Außerdem wurde die Gap-Beschleunigung in einer pulsarähnlichen Magnetosphäre um ein Schwarzes Loch herum studiert. Es zeigte sich, dass nur das letztgenannte Modell alle beobachteten Eigenschaften erklären kann, was mindestens nahelegt, dass es sich lohnen könnte, selbst bereits veröffentlichte Untersuchungen von Aktiven Galaxienkernen unter diesem Wissen neu zu beleuchten. Die erste Multiwellenlängen-Kampagne mit erd- sowie weltraumgebundenen Teleskopen im Radio, optischen, Ultraviolett, Röntgen und Gammastrahlenbereich wurde 2012/2013 erfolgreich durchgeführt. Keine signifikant ausgeprägten zeitlichen Flussveränderungen in den beobachteten Energiebändern konnten nach dem Gammastrahlenausbruch gefunden werden. Die Röntgendaten zeigten ein geringfügig härteres Spektrum mit zunehmenden Fluss. Die Langzeitlichtkurve im Radiobereich wies ein Flackern des Flusses auf, allerdings wurde kein starker Hinweis auf eine neue Jetkomponente in dem VLBI-Radiojet gefunden. In jedem Fall könnten eine weitere Analyse der vorhandenen Daten genauso wie ergänzende Messungen weitere, spannende Einblicke zum Beispiel in die spektrale Energieverteilung auf breiter Skala liefern. Insgesamt lässt sich sagen, dass IC 310 durch sein Nähe und durch besondere Eigenschaften bezogen auf Flussänderungen und spektrales Verhalten ein Schlüsselobjekt für die Erforschung von Aktiven Galaxienkernen im Hochenergiebereich ist. Solche Objekte sind ideale Kandidaten, um Teilchenbeschleunigung, Jetentstehung und andere physikalische Prozesse zu studieren, die noch nicht vollständig verstanden sind.

University, Diss., 2006--Würzburg.