This thesis presents a detailed study of the unidentified TeV gamma-ray source HESS J1826-130. The source was detected within the H.E.S.S. Galactic plane survey, in which it was reconstructed with a very hard energy spectrum without clear indication for a spectral cutoff in the considered energy range. Assuming a hadronic scenario in which the observable gamma-ray emission would be produced by interactions of highly energetic hadronic particles with ambient molecular matter, these source characteristics point to the presence of a highly energetic particle accelerator, potentially accelerating cosmic-ray particles up to PeV (1e15 eV) energies. The search for such Galactic PeVatrons currently constitutes one of the major questions in the research field of high-energy astrophysics. A dedicated re-observation campaign of HESS J1826-130 with the H.E.S.S. instrument during summer 2015 has yielded an extended data set, which was used in this work for a detailed spectral and morphological analysis of the emission region to allow for further evaluation of the potential PeVatron character of the source.

The emission region of HESS J1826-130 is located close to the strongly extended and bright pulsar wind nebula HESS J1825-137. This constitutes, especially for the standard On-Off region analysis approach of ground-based gamma-ray astronomy, a problematic analysis situation, as a potential contamination of the analysis On-region due to emission from nearby sources can hardly be taken into account in an appropriate way. Therefore, the analysis presented in this work is based on an alternative likelihood template-fit analysis approach. The applied analysis procedure has the strong advantage of simultaneously taking into account the contributions of all sources which are located in the field of view. Thus, a morphological and spectral characterization of the individual components free of any contamination effects is reached, as the influence from neighboring emission regions is intrinsically taken care of. For this purpose, the GammaLib/ctools software framework, one of the high-level analysis software candidates for the future Cherenkov Telescope Array (CTA), was used and contributions to its further development have been achieved.

The spectral analysis presented in this work yields a significant detection of a high-energy cutoff in the energy spectrum of HESS J1826-130 with a best-fit cutoff energy of 18.0±4.6 TeV. The reconstructed spectral index of 1.80±0.13 illustrates the exceptional hardness of the emission. Assuming a hadronic emission scenario, a modeling of the measured TeV energy spectrum results in a cutoff energy estimate of 200 (+217−86 )stat ± 42sys TeV for the parent proton spectrum. A 95% confidence level upper limit on the cutoff energy can be set at UL95 = 863 ± 19stat,MC ± 249sys TeV. These results show that the PeVatron hypothesis can most likely be ruled out. A view on the region in the multi-wavelength regime reveals HESS J1826-130 as a plausible pulsar wind nebula candidate, if associated with the energetic pulsar PSR J1826-1256, which is located in the immediate vicinity of the TeV source. However, the presence of dense molecular matter in combination with the knowledge of a previous supernova explosion in the near surrounding, which left behind HESS J1825-137, is to be seen as support for a hadronic emission scenario. Also the two nearby supernova remnants G018.6-00.2 and G018.1-00.1 might be connected to the TeV excess via a runaway cosmic ray scenario. Presumably, a reliable identification of the origin of the TeV emission of HESS J1826-130 will only become possible by future observations of the complex region with the CTA observatory, combined with an extended analysis in the multi-wavelength regime.

In der vorliegenden Dissertation wird eine detaillierte Analyse der unidentifizierten TeV-Gammastrahlungsquelle HESS J1826-130 präsentiert. Diese Strahlungsquelle wurde im Zuge des H.E.S.S. Galactic Plane Surveys detektiert und zeichnete sich dabei durch ein außergewöhnlich hartes Energiespektrum, ohne offensichtliche Anzeichen für einen Abbruch im erfassten Energiebereich, aus. Dieses Merkmal lässt, unter der Annahme eines hadronischen Emissionsszenarios, den Rückschluss auf einen hochenergetischen hadronischen Teilchenbeschleuniger, der Teilchen potentiell bis in den PeV-Energiebereich (1e15 eV) beschleunigt, zu. Die Suche nach solch galaktischen PeVatron-Teilchenbeschleunigern stellt im Forschungsbereich der Hochenergie-Astrophysik eine der derzeitig zentralen Forschungsfragen dar. Nach einer intensiven Nachbeobachtung von HESS J1826-130 mit dem H.E.S.S. Instrument im Sommer 2015 steht ein erweiterter Datensatz zur Verfügung, der in dieser Arbeit verwendet wurde, um die Strahlungsregion morphologisch und spektral detailliert zu analysieren und den möglichen PeVatron-Charakter der Quelle weiter zu testen.

Die Emissionsregion HESS J1826-130 befindet sich räumlich in der unmittelbaren Nachbarschaft des im TeV-Energiebereich stark ausgedehnten und sehr hellen Pulsarwindnebels HESS J1825-137. Dies stellt insbesondere für den klassischen Analyseansatz der bodengebundenen Gammastrahlungsastronomie, der mit On-Off Regionen arbeitet, ein Hindernis dar, da eine potentielle Kontamination der Analyseregion durch weitere, räumlich nahe gelegene TeV Quellen hierbei nur schwer korrekt berücksichtigt werden kann. Aus diesem Grund wurde für die vorliegende Analyse mit einem Likelihood Modell-Fit ein alternativer Analyseansatz gewählt, der den Vorteil bietet, alle im Gesichtsfeld vorhandenen Quellen und deren Einfluss aufeinander simultan zu berücksichtigen. Damit wird eine morphologische und spektrale Charakterisierung der individuellen Komponenten frei von möglichen Kontaminationseffekten erzielt. Hierfür wurde die Software GammaLib/ctools, die einen der Kandidaten für die Analysesoftware des CTA Observatoriums darstellt, verwendet sowie Beiträge zu deren Weiterentwicklung geleistet.

Die in dieser Arbeit vorgenommene spektrale Analyse der Emissionsregion ergibt die signifikante Detektion eines Abbruchs des Energiespektrums von HESS J1826-130 bei einer Energie von 18.0±4.6 TeV („best-fit cutoff energy“). Die außergewöhnliche Härte der Emission resultiert in einem rekonstruierten spektralen Index von 1.80±0.13. Eine Modellierung des gemessenen TeV Spektrums basierend auf der Annahme eines hadronischen Emissionsszenarios lässt den Rückschluss auf einen Abbruch des zugrunde liegenden Protonenspektrums bei einer Energie von 200 (+217−86 )stat ± 42sys TeV zu. Die obere 95% Konfidenzgrenze beträgt UL95 = 863 ± 19stat,MC ± 249sys TeV. Die genannten Ergebnisse zeigen, dass die PeVatron-Hypothese mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden kann. Aus einer Betrachtung der Emissionsregion im Multiwellenlängenbereich ergibt sich, dass HESS J1826-130 in Verbindung mit dem räumlich nahe gelegenen und energetisch geeigneten Pulsar PSR J1826-1256 einen plausiblen Pulsarwindnebel-Kandidaten darstellt. Ein hadronisches Entstehungsszenario ist jedoch, insbesondere im Hinblick auf das Vorhandensein von dichtem molekularem Material in der Emissionsregion, nicht ausschließbar. In diesem Zusammenhang könnte HESS J1826-130 mit derselben Supernova-Explosion in Verbindung stehen, aus der auch HESS J1825-137 entstand. Alternativ kommen die beiden nahe gelegenen Supernovaüberreste G018.6-00.2 und G018.1-00.1 als lokale Teilchenbeschleuniger in Frage. Eine eindeutige Identifizierung des Ursprungs der TeV-Emission von HESS J1826-130 wird vermutlich erst mit Hilfe weiterer detaillierter Beobachtungen der komplexen Region durch das sich im Aufbau befindliche CTA Gammastrahlungs-Observatorium, in Kombination mit erweiterten Studien im Multiwellenlängenbereich, möglich sein.