Search for very-high-energy gamma-ray emission from astrophysical transients with VERITAS

Optische Beobachtungen mit großem Sichtfeld und hoher Kadenz haben jedes Jahr zur Entdeckung mehrerer neuer Quellen am Transientenhimmel geführt. Es wird vermutet, dass bestimmte Arten von Transienten, wie z. B. tidal disruption events (TDEs) und fast blue optical transients (FBOTs), durch Beschleunigung in Schockwellen angetrieben werden. Diese Schocks könnten die kosmische Strahlung auf PeV-Energien beschleunigen, was möglicherweise zu einer nachweisbaren Gammastrahlenkomponente mit sehr hoher Energie (VHE - > 100 GeV) führt. Die Komplexität dieser Ereignisse in Verbindung mit den spärlichen Nachuntersuchungen durch atmosphärische Cherenkov-Teleskope (IACTs) schränkt jedoch unser Verständnis des nicht-thermischen Bildes in diesen Systemen ein. Darüber hinaus wird angenommen, dass die potenzielle VHE-Gammastrahlenemission durch niederenergetische Umgebungsphotonen erheblich abgeschwächt wird. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Suche nach VHE-Gammastrahlen aus transienten Ereignissen mit VERITAS, einem bodengestützten Gammastrahlenobservatorium in Arizona. VERITAS umfasst vier IACTs und ist empfindlich für Gammastrahlen im Bereich von 80 GeV bis 40 TeV. Ich stelle eine alternative Bildbereinigungsmethode für VERITAS vor, die bei der Analyse mehrerer in dieser Arbeit vorgestellter transienter Quellen eingesetzt wird. Anschließend diskutiere ich das Nachverfolgungsprogramm für verschiedene Klassen von transienten Phänomenen und stelle die VERITAS-Analyseergebnisse vor. Obwohl für GRB 221009 und für die in dieser Arbeit behandelten TDEs und FBOTs keine VHE-Emissionen nachgewiesen wurden, haben die Festlegung von Flussobergrenzen und die Entwicklung umfassender Analysetechniken eine Grundlage für zukünftige Transientenforschung mit VERITAS geschaffen.Wide-field-of-view, high-cadence optical surveys have led to the discovery of several new sources in the transient sky each year. Certain transient classes, such as tidal disruption events (TDEs) and fast blue optical transients (FBOTs), are presumed to be powered by shock interactions. These shocks could accelerate cosmic rays to PeV energies, potentially leading to a detectable very-high-energy (VHE - > 100 GeV) gamma-ray component. Nonetheless, the complexity of these events, combined with scarce follow-ups by imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs), limits our understanding of the non-thermal picture in these systems. In addition, the potential VHE gamma-ray emission is presumed to be significantly attenuated by lower-energy ambient photons. This thesis focuses on the search for VHE gamma rays from transient events with VERITAS, a ground-based gamma-ray observatory in Arizona. VERITAS comprises four IACTs and is sensitive to gamma rays in the range of 80 GeV to 40 TeV. I present an alternative image cleaning method for VERITAS, which is employed in the analysis of several transient sources presented in this thesis. Following, I discuss the follow-up program of different classes of transient phenomena and present the VERITAS analysis results. Although no VHE emission was detected for GRB 221009 and for the TDEs and FBOTs discussed in this thesis, the establishment of flux upper limits and the development of comprehensive analysis techniques have provided a foundation for future transient research with VERITAS.