A new formalism is presented for calculating the mean intensity spectrum and angular power spectrum of gamma-rays or neutrinos from extragalactic annihilating dark matter, taking into account the dependence of the relative motions of the annihilating particles on the annihilation cross section. To model the large scale dark matter distribution of mass and relative velocities, the halo distribution model is comprehensively summarized, and extended to include a universal radial profile of the particles' velocity variance, based on results from N-body computer simulations of dark matter halos. A velocity variance profile, associated with the NFW density profile, is proposed by enforcing a power-law profile of the pseudo phase-space density. This allows the large-scale velocity distribution to be described by virialized, gravitationally bound dark matter halos, as opposed to thermal motions used to describe the velocity distribution in the early Universe. The recent particle motion history of the Universe is presented for the described model. Sample extragalactic gamma-ray intensities from dark matter annihilation are shown for dark matter annihilating with p-wave, according to a relative-velocity-weighted annihilation cross section sigmav = a + bv^2, for constants a and b, with examples taken from supersymmetric models. For thermally produced dark matter, the p-wave suppresses the signal intensity. If b/a > 10^6, the p-wave hardens the intensity spectrum by an estimated factor of 1 + (6b/a)delta_I (E_gamma), and increases the angular power spectrum by a factor also depending on new coefficients (delta_Cl)^(1) (E_gamma ) and (delta_Cl)^(2) (E_gamma ). The energy-dependence of the new p-wave coefficients delta_I , (delta_Cl)^(1) (E_gamma ), and (delta_Cl)^(2) (E_gamma ) are shown for various annihilation spectra. Sample intensity spectra are also presented for Sommerfeld-enhanced annihilation. The intensity of neutrinos from dark matter annihilation is also considered. The variations between the dark matter annihilation signals for different particle phenomenologies suggest that particle physics constraints are possible from an observed indirect detection signal. Calculations of the annihilation signal from the galactic halo are also shown. The extragalactic signal's intensity is found to be consistent in magnitude with the galactic intensity?within the uncertainty of the models of the dark matter distribution?when looking out from the galactic plane. This suggests that the total cosmic signal may have significant contributions from both components.

La historia de la astronomía de los rayos gammas en los últimos veinte años está marcada por el éxito que los telescopios Cherenkov han tenido en la exploración de la banda de muy altas energías. La ultima generación de telescopios Cherenkov, que incluye los telescopios HESS, VERITAS y MAGIC, ha logrado, en sólo siete años, aumentar el número total de fuentes conocidas de muy altas energías, desde unas pocas hasta más de un centenar. Esta populación de fuentes incluye objetos galácticos y extragalácticos. Los telescopios Cherenkov se han demostrado muy eficientes en el descubrimiento de nuevas emisoras de rayos gammas y también en el estudio detallado de la propiedades físicas de las fuentes bien conocidas, como por ejemplo, la Nebulosa del Cangrejo, el prototipo de los pleriones o Nebulosas de Viento de Púlsar ("pulsar wind nebulae"). Gracias a su brillo a todas las longitudes de onda, el Cangrejo es una fuente astrofísica de referencia. Su espectro ha sido medido en veinte ordenes de magnitud en energía, desde las frecuencias radio hasta las muy altas energías, pero nuevas medidas resultan aún esenciales para entender las contradicciones que surgen cuando se combinan los resultados de diferentes longitudes de onda. Finalizado del commissioning del segundo telescopio en el Otoño del 2009, y tras el comienzo de la toma de datos en modalidad estereoscopica, MAGIC ha mejorado significantivamente su rendimiento y alcanza el umbral en energía más bajo de todos los telescopios Cherenkov. Por lo tanto MAGIC es un instrumento ideal para medir el espectro de la Nebulosa del Cangrejo con una precisión sin precedentes a partir de 50 GeV. Este logro tiene una importancia extraordinaria para el astrofísica de muy altas energías y tiene el potencial de solucionar unos de los misterios aun no resueltos de esta fuente. Este es uno de los asuntos centrales de este trabajo de tesis. Por otro lado, MAGIC ha tenido también un impacto fundamental en el descubrimiento de nuevos objetos astrofísicos, y, con la mejora en sensibilidad del nuevo sistema de dos telescopios , este impacto será aún mas significativo. Entre las fuentes galacticas, los microcuásares constituyen unos de los mejores candidatos a emisores de rayos gammas. Su caracterización a muy alta energía aportaría información muy útil para entender la formación de chorros de partículas en objetos astronomicos. Aunque muchos modelos teóricos predicen esta emisión, aún no ha sido detectada. De hecho hay evidencias de que los tres sistemas binarios que se han detectado hasta la fecha por encima de 300 GeV son binarias de púlsares más que microcuásares. Sin embargo, el hecho que el microcuásar Cygnus X-3 haya sido detectado por encima de 100 MeV por los satélites AGILE y Fermi/LAT confirma que esta clase de objetos sigue siendo un objetivo interesente por la astrofísica de muy alta energía. En los últimos años, MAGIC ha dedicado un esfuerzo muy importante búsqueda de señales desde los microcuásares. Esta tesis presenta los resultados de las observaciones de dos de ellos: Cygnus X-3 y Scorpius X-1. Se han logrado extraer los limites superiores al flujo integral de estas dos fuentes más restrictivos hasta la fecha por encima de unos centenares de GeV. Para Cygnus X-3 en particular, se presentan además las primeras observaciones a estas energías totalmente simultáneas con la emisión detectada por los satélites. / of the Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) in the exploration of the Very- High-Energy (VHE) band. The last generation of IACTs have been capable to increase the total number of known VHE emitting sources from a few to almost one hundred in just seven years of operation. This population comprises galactic and extragalactic objects. IACTs have proved to be very effective in both the discovery of new emitters, as well as in the fine analysis of the physics properties of well established sources. Among them, the Crab Pulsar Wind Nebula is probably the best studied astrophysical object and the archetypal PWN. Due to its brightness at almost all wavelenghts, it is considered as an astrophysical candle. Despite the Crab Nebula broad-band spectrum has been thoroughly studied across twenty orders of magnitudes, from radio frequencies to VHE, further effort is needed to resolve the contradictions in the combination of all the multiwavelenght results. With the commissioning of the second MAGIC telescope in 2009 and the beginning of the operations in stereoscopic mode, the performance of the instrument improved dramatically, allowing MAGIC to reach the lowest ever energy threshold among all the existing IACTs, and describe the Crab Nebula spectrum with unprecedented precision down to 50 GeV. This achievement is of crucial importance for the VHE !-ray astrophysics in the pre-CTA era, since it can cast new light on some of the unsolved mysteries of one of its most established sources. On the other hand, MAGIC made a strong impact in the discovery of new VHE sources and, with the improved sensitivity of the stereoscopic mode, this will be even more so in the future. Among the galactic objects, Microquasars (MQs) constitute some of the best candidates for VHE emission, but despite several well accepted models predict such signal, it has not been detected. There are, in fact, evidences that the three binary systems which have been unambiguously detected at energies above few hundreds of GeV are binary pulsars rather than accreting microquasars. Nevertheless, the recent detection of the microquasar Cygnus X-3 above 100 MeV by both Agile and Fermi satellites, and the claim of short oneday flares from Cygnus X-1 reported by Agile confirmed that microquasars remain interesting targets for VHE telescopes. MAGIC made a strong effort in searching for VHE signals from microquasars, but found only a non-significant evidence of signal from Cygnus X-1 in 80 minutes of observation on September 24, 2006. MAGIC tried to detect similar flares in the following four years but the subsequent hundred more hours of observations were unsuccessful. Besides Cygnus X-1, MAGIC pointed at two other microquasar candidates, whose results are presented in this thesis: Cygnus X-3 and Scorpius X-1. The most constraining UL to the integral flux of these sources at the energy above few hundred GeV are provided. Further investigations are being planned to discover these sources at VHE in the next years.

Some of the most interesting objects in the Universe are Active Galactic Nuclei. In the centre of an active galaxy is a supermassive black hole that accretes matter from the surrounding galaxy. In the process, not yet fully understood, some of the matter is ejected in two jets, perpendicular to the plane of the galaxy. The energy of the particles in the jets are extremely high, sometimes over 1019 eV. The features of an active galaxy can be very different depending on from which angle it is viewed. This means that some astronomical objects that earlier seemed to be very heterogeneous might be only different manifestations of the same type of object, namely active galactic nuclei. This thesis introduces some of these different objects. The unifying theory is described. Ways of detecting the high-energy radiation and two important instruments, H.E.S.S. and Fermi-LAT are described. Three studies of the BL Lac PKS 2155-304, an active galactic nucleus that points its jet almost straight at Earth, are made using Fermi-LAT data. The conclusion of the studies is that the source is variable at least in the time scale of days and that in order to gather further information about these objects simultaneous multi-wavelength surveys have to be done.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第23702号 / 理博第4792号 / 新制||理||1686(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 窪 秀利, 教授 鶴 剛, 教授 中家 剛 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Die hier vorgestellte Analyse nutzt die MAGIC Teleskope, zwei abbildende Cherenkov-Teleskope, zum Vermessen des Elektronenflusses. Der Energiebereich dieser Teleskope überschneidet sich großflächig sowohl mit dem der Satellitenmissionen Fermi-LAT und AMS-02 als auch mit den hochenergetischen Messungen der Cherenkov-Teleskope VERITAS und H.E.S.S.. Diese Arbeit hat das Elektronenspektrum im Bereich von 135 GeV bis 4 TeV mittels der MAGIC Teleskope vermesssen. Das Spektrum lässt sich in diesem Bereich mit einem einfachen Potenzgesetz mit dem Index -3.14+-0.05(stat)+-0.5(syst) beschrieben werden. Die für diese Messung entwickelte Analyse weicht grundlegend von der Standardanalyse in MAGIC ab. Die Differenzierung von Signal und Untergrund kann nicht anhand der Richtung der eintreffenden Teilchen vorgenommen werden. Stattdessen basiert die Differenzierung auf einem Algorithmus für maschinelles Lernen, welcher eine Unterscheidung zwischen elektromagnetischen und hadronischen Luftschauern ermöglicht. Der Untergrund muss für diese Analyse anhand von Monte Carlo Simulationen geschätzt werden. Dafür wurden Protonen simuliert. Zudem liegt ein Schwerpunkt der Arbeit auf der Abschätzung systematischer Fehler und Unsicherheiten der neuen Analyse. Erwartungsgemäß sind die Unsicherheiten dieser indirekten Messmethode deutlich größer als bei direkten Messungen der Satellitenexperimente. Aufgrund der großen Unsicherheiten kann ein Bruch bei 800 GeV jedoch auch nicht ausgeschlossen werden. Die hier präsentierte Messung stimmt innerhalb der Fehler mit den Ergebnissen von AMS-02 und Fermi-LAT sowie innerhalb von zwei Standardabweichungen mit den Messungen von H.E.S.S. und VERITAS überein. Eine Interpretation des Elektronenflusses gestaltet sich aufgrund des großen Fehlers als schwierig. Im Endeffekt kann keine der potentiellen neuen Quellen kosmischer Elektronen ausgeschlossen werden. / The measurement presented in this thesis seeks to provide an increased overlap of the Fermi-LAT and AMS-02 measurement, as well as the very-high-energy H.E.S.S. and VERITAS measurement. The MAGIC telescopes, a stereoscopic system of imaging air-shower Cherenkov telescopes, are a good candidate for such a measurement. They overlap largely with the Fermi-LAT energy range, down to 130 GeV, and extend into the energy range of the H.E.S.S. system, extending the measurement up to 4 TeV. The measurement performed in this thesis uses a non-standard method developed especially for this analysis. It is based on a machine-learning-algorithm which differentiates between hadronic and electro-magnetic air showers. The background needs to be simulated from Monte Carlo protons, which were produced in large quantities for this thesis. As this is an indirect detection method, the systematic uncertainties are much larger than those of the satellite missions. A detailed study of the systematic uncertainties was performed in the scope of this thesis, which prove to be much larger than the statistical uncertainties. The measured spectrum presented here extends from 135 GeV up to 4 TeV. It shows no clear break in the spectrum and is in line with an extension of the single power-law observed by Fermi-LAT and AMS-02. A broken power-law interpretation was disfavored when compared to the single power-law. The final spectrum has a powerlaw index of -3.14+-0.05(stat)+-0.5(syst). Due to the large uncertainties no definitive conclusion can be given at this point. Also, the cutoff seen by H.E.S.S. can not be ruled out. The result presented in this thesis is compatible with the Fermi-LAT and AMS-02 results, however there is minor tension with the H.E.S.S. and VERITAS results around 4 TeV. The limiting factor of the method is the large systematic uncertainty, making it impossible to distinguish between different electron sources for the results presented in this thesis.

In this thesis we present new results for the 99.9% confidence level flux upper limits on the pulsed VHE gamma ray signal coming from the Crab pulsar. In order to achieve optimum hadronic background suppression we implement a new neural network based selection technique and apply it to Cherenkov shower imaging data from the WHIPPLE 10m IACT telescope at Mount Hopkins Arizona. Special emphasis will be given to the fact that the neural network selector is trained with real data exclusively. An energy estimator for gamma ray induced extensive air shower events has been derived from Monte Carlo simulations using the Monte Carlo framework GrISU. This estimator, applied to the image data, serves as input to the neural set selector and is needed to determine the energy dependent flux upper limits. We compare our results to the results from previous studies and the performance of our neural network selection technique to the so-called Supercuts and Optimized Supercuts methods.The new flux upper limits and the new technique show the potential to settle the question about the production mechanism of pulsar radiation. However, the current analysis does not answer this question fully.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Quelle hochenergetischer Gammastrahlung HESS J1745-290, welche in Richtung des galaktischen Zentrums liegt und präsentiert die Analyse eines Datensatzes, der von den H.E.S.S. Teleskopen zwischen 2004 und 2014 aufgezeichnet wurde. Ziel der Untersuchung war es, eine zeitliche Variabilität des beobachteten Flusses festzustellen. Die Frage ob der Fluss von HESS J1745-290 variables Verhalten zeigt stellt sich, da sich die Quelle in der gleichen Richtung wie das supermassive schwarze Loch Sgr A* befindet, aus dessen Umgebung bereits variable Strahlung in verschiedenen Frequenzbereichen detektiert wurde. Die Beobachtung einer Variabilität des hochenergetischen Gammastrahlenflusses von HESS J1745-290 würde die Hypothese eines Zusammenhangs zwischen diesem Objekt und Sgr A* stützen, welche bis dato nicht bestätigt werden konnte. Die Suche nach Variabilität wurde für verschiedene Zeitskalen von Minuten bis hin zu Jahren durchgeführt, wobei Hinweise für Variabilität in verschiedenen statistischen Tests gefunden wurden. Die Suche konzentriert sich auf Variabilität ohne periodischen Charakter sowie auf Periodizität. Es wurden Hinweise auf eine Periode von 110 Tagen bei einem Signifikanzniveau von 4.1σ gefunden und auch der Fit einer H.E.S.S. Lichtkurve, die von 2004–2014 reicht, zeigt Variabilität bei einem Signifikanzniveau von 6.1σ, welches sich nach Anwendung eines systematischen Fehlers von 10% auf 4.5σ reduziert. Auch Anzeichen für Variabilität auf einer Zeitskala von Minuten wurden gefunden. Diese Variabilität auf einer Zeitskala von Minuten zeigt quasi-periodischen Charakter, ähnlich derer, welche während Infrarot und Röntgenbeobachtungen von Sgr A* festgestellt wurde. Die Möglichkeit einer Verbindung zwischen HESS J1745-290 und Sgr A* und insbesondere auch die Fragestellung, ob die hier präsentierten Ergebnisse als erster Hinweis auf solch einen Zusammenhang gewertet werden können, werden Thema der Diskussion am Ende der Arbeit sein. / A detailed study on the very-high-energy (VHE) γ-ray source HESS J1745-290 in direction of the Galactic Center using 10 years of data from the H.E.S.S. array of Cherenkov telescopes from 2004 to 2014 with the objective to search for variability of the γ-ray flux of this object is presented. The question if HESS J1745-290 shows variability is of special interest, since the source is located at the same direction as the super-massive black hole Sgr A*. From the vicinity of this black hole variable radiation has been reported for different wavelength bands. The detection of a variability of the VHE γ-ray flux of HESS J1745-290 would favor the hypothesis of a connection of this object and Sgr A* which could not be confirmed so far. The search for variability was performed for different timescales from minutes to years and indeed revealed evidence for variability in different statistical tests which will be discussed in detail together with systematic cross-checks. The study focuses on both variability with and without periodic character. While there is evidence for a long-term flux modulation with a period of 110 d at the 4.1σ significance level, the fit of a H.E.S.S. run-wise light curve from 2004–2014 shows variability at the 6.1σ level, which reduces to 4.5σ after adding a 10% systematic error to each flux measurement. Also signs of variability at a timescale of minutes were found at the 3.1σ level. This tentative VHE short-term variability also shows quasi-periodic behavior as it was reported during infrared and X-ray observations of Sgr A*. Such a tentative long-term flux modulation with a period of 110 d has previously also been reported for the radio band. Due to the similarity of time structure of the variability, which is reported for HESS J1745-290 in this thesis to observations of Sgr A* at other wavelength bands, the thesis will close with the discussion if these results can be considered to be first evidence for a link between HESS J1745-290 and Sgr A*.

In dieser Arbeit wird eine Analyse der TeV gamma-Strahlung in der Region um den galaktischen Sternhaufen Westerlund 2 präsentiert. Der dazu analysierte Datensatz beruht auf Observationen mit den Cherenkov Teleskopen des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) Experiments und umfasst ~80h Beobachtungszeit. Für die Datenanalyse wird die open-source Software gammapy benutzt, um morphologische und spektrale Modelle der gamma-Emission zu erstellen. Zur Modellauswahl wird das Akaike-Informationskriterium angewandt. Die Ergebisse der Analysen werden weiter mit Daten aus anderen Wellenlängenbereichen kombiniert, um Schlüsse auf den möglichen Ursprung der TeV-Signale zu ziehen. Neben Hinweisen auf eine diffuse gamma-Emission und mehrerer Hotspots um Westerlund 2 ist die Detektion von drei ausgedehnten gamma-Strahlungsquellen das Hauptergebnis der dargelegten Analysen. Zusätzlich zu den bekannten Quellen HESS J1023-575 und HESS J1026-582 wird die Detektion einer neuen, elliptischen Quelle südöstlich von HESS J1023-575 präsentiert. Diese neue Quelle, als ''TeV jet cloud'' bezeichnet, zeigt räumliche Übereinstimmung mit länglichen Gaswolken, die in CO und HI Radio Daten gefunden wurden. Der Ursprung dieser Gaswolken könnte der Jet eines Mikroquasars oder einer anisotropischen Supernova sein. Eine weitere räumliche Übereinstimmung zeigt HESS J1023-575 mit einer sphärischen Gaswolke, die ihren Ursprung in einer Supernova haben könnte. HESS J1023-575 und die Gaswolken sind dabei symmetrisch zur Hauptachse der neuen elliptischen gamma-Quelle ausgerichtet, was eine Verbindung der Komponenten in einem hadronischen Emissionszenario nahelegt. Aus den Wolkenmassen und der gamma-Emission ergibt sich eine Verstärkung der kosmischen Strahlung in der Region, was auf aktive Teilchenbeschleunigung hindeutet. Sollte ein Mikroquasar in der Region gefunden werden, könnte dieses die erste Detektion eines galaktischen hochenergetischen Jets mit Cherenkov Teleskopen sein. / This work presents a study of the TeV gamma-ray emission in the region of the stellar cluster Westerlund 2. The main dataset analysed in this work was obtained with the imaging atmospheric Cherenkov telescopes of the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), comprising a total of ~80h of observation time. The high-level analysis of the dataset is performed with the open-source software gammapy to produce extensive spectral and spatial models for the observed emission. The best-fitting models are determined by using the Akaike information criterion. The results are combined with findings from other wavelengths to probe different emission scenarios. Besides hints of a diffuse emission and the detection of multiple hotspots, the presented studies yield three extended gamma-ray sources around Westerlund 2. Besides the known sources HESS J1026-582 and HESS J1023-575, an elongated elliptical gamma-ray source referred to as ''TeV jet cloud'' is newly found to the south east of HESS J1023-575. It shows a spatial coincidence with elongated cloud structures seen in CO and HI radio data which may originate from a high energy jet of a mircroquasar or an anisotropic supernova. Another spatial agreement is seen between HESS J1023-575 and a spherical shell of hydrogen gas which may be the remains of an old supernova remnant. HESS J1023-575 and the gas cloud structures symmetrically align along the major axis of the TeV jet cloud. This suggests a connection of these components in a hadronic emission scenario. Combining the masses of the clouds with the measured gamma-ray flux yields a high cosmic ray enhancement factor, suggesting active particle acceleration in the region. If a microquasar would be found around the best-fit position of HESS J1023-575, this could be the first detection of a galactic high energy jet at TeV energies with Cherenkov telescopes.

La nouvelle génération d'expériences de physique produira une quantité de données sans précédent. Cette augmentation du flux de données cause des bouleversements techniques à tous les niveaux, comme le stockage des données, leur analyse, leur dissémination et leur préservation.Le projet CTA sera le plus grand observatoire d'astronomie gamma au sol à partir de 2021. Il produira plusieurs centaines de Péta-octets de données jusqu'en 2030 qui devront être analysées, stockée, compressées, et réanalysées tous les ans.Ce travail montre comment optimiser de telles analyses de physique avec les techniques de l'informatique hautes performances par le biais d'un générateur de format de données efficace, d'optimisation bas niveau de l'utilisation du pipeline CPU et de la vectorisation des algorithmes existants, un algorithme de compression rapide d'entiers et finalement une nouvelle analyse de données basée sur une méthode de comparaison d'image optimisée. / The new generation research experiments will introduce huge data surge to a continuously increasing data production by current experiments. This increasing data rate causes upheavals at many levels, such as data storage, analysis, diffusion and conservation.The CTA project will become the utmost observatory of gamma astronomy on the ground from 2021. It will generate hundreds Peta-Bytes of data by 2030 and will have to be stored, compressed and analyzed each year.This work address the problems of data analysis optimization using high performance computing techniques via an efficient data format generator, very low level programming to optimize the CPU pipeline and vectorization of existing algorithms, introduces a fast compression algorithm for integers and finally exposes a new analysis algorithm based on efficient pictures comparison.

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.