As the products of the supernova explosion SN 1054, both the Crab pulsar and its surrounding nebula harbour powerful sites of particle acceleration. They accelerate relativistic electrons which can be observed via their leptonic synchrotron and inverse-Compton emission. Such a pulsar/nebula complex is firmly detected from radio to γ-ray bands. For the Crab Nebula, the transition from synchrotron-dominated to inverse-Compton-dominated emission occurs at ≈ 1 GeV. Through analyses on Fermi Large Area Telescope γ-ray data accumulated over at least 9 years of observations, we investigate the GeV–TeV spatial morphology of the inverse-Compton nebula, the temporal variability of the synchrotron nebula in the tens to hundreds of MeV energy range, and the MeV–GeV spectra of the Crab pulsar. Comparisons of our results with ground-based instruments’ observations from super-GeV to TeV photon energies allow us to interpret the emission mechanisms more comprehensively. We found that the spatial extension of the nebular inverse-Compton emission shrinks with increasing photon energy (R68 ∝ E−αIC where α = 0.155 ± 0.035stat−0.037sys). Such a strong energy-dependence deviates from the model prediction for the dominating Thomson scattering, under an assumption of a spatially uniform seed photon field and a homogeneous magnetic field. The especially large extensions in 5–20 GeV imply that the external inverse-Compton emission is non-negligible, in addition to the synchrotron-self-Compton emission. For the synchrotron component of the Crab Nebula, in addition to confirming the flaring behaviour, we discovered a γ-ray low-flux state with a transition time of at most ten days. This indicates that the bulk (at least three-fourth) of the synchrotron emission above 100 MeV originates in a compact volume with an apparent angular size of θ ≈ 0.004 tvar/(5 d) for a given timescale of transitions between low-flux and intermediate states tvar. Specifically, the inner-knot feature observed near the pulsar position is discussed as a possible candidate. For the Crab pulsar’s γ-ray emission, we found an energy-dependent pulse shape and a phase-dependent spectral shape, which probably imply a multi-origin scenario involving the polar-cap, outer-gap, and relativistic-wind regions. We propose that these three acceleration sites dominate the emissions at different phases and energies respectively. Noteworthily, we detected a relatively sharp cutoff at a relatively high energy of ∼8 GeV for the bridge-phase emission, and the >10 GeV spectrum for the second pulse peak is observed to be harder than those for other phases.
Als Produkte der Supernova-Explosion SN 1054 beherbergen sowohl der Krebspulsar als auch sein umgebender Nebel starke Orte der Teilchenbeschleunigung. Sie beschleunigen relativistische Elektronen, die durch ihre Synchrotron- und inverse Compton-Emission beobachtet werden können. Ein solcher Pulsar/Nebel-Komplex wird vom Radio- bis zum Gammastrahlen-Band fest erkannt. Für den Krebsnebel erfolgt der Übergang von der Synchrotron-dominierten zur inversen Compton-dominierten Emission bei ≈ 109 eV. Durch Analysen von Gammastrahlen Daten von Fermi Large Area Telescope, die über mindestens 9 Jahre Beobachtungen gesammelt wurden, untersuchen wir die räumliche GeV-bis-TeV-Morphologie des inversen Compton-Nebels, die zeitliche Variabilität des Synchrotron-Nebels in den zehn bis Hunderten von MeV Energiebereich und die MeV- bis-GeV-Spektren des Krebspulsar. Vergleiche unserer Ergebnisse mit Beobachtungen bodengestützter Instrumente von Super-GeV- zu TeV-Photonenenergien ermöglichen es uns, die Emissionsmechanismen umfassender zu interpretieren. Wir fanden heraus, dass die räumliche Ausdehnung der inversen Compton-Emission des Nebels mit zunehmender Photonenenergie schrumpft (R68 ∝ E −α IC where α = 0.155 ± 0.035stat−0.037sys). Eine solch starke Energieabhängigkeit weicht von der Modellvorhersage für die dominierende Thomson-Streuung unter der Annahme eines räumlich gleichmäßigen Keimphotonenfeldes und eines homogenen Magnetfelds ab. Die besonders großen Ausdehnungen in 5–20 GeV implizieren, dass die externe inverse Compton-Emission zusätzlich zur Synchrotron-Selbst-Compton-Emission nicht zu vernachlässigen ist. Für die Synchrotron-Komponente des Krebsnebels haben wir zusätzlich zur Bestätigung des Abfackelverhaltens einen Gammastrahlen-Niedrigfluss-Zustand mit einer Übergangszeit von höchstens zehn Tagen entdeckt. Dies zeigt an, dass die Masse (> 75%) der Synchrotronemission über 108 eV aus einem kompakten Volumen mit einer scheinbaren Winkelgröße von θ ≈ 0.004 tvar/(5 d) für stammt eine gegebene Zeitskala von Übergängen zwischen Niedrigfluss- und Mittel-Zuständen tvar. Insbesondere wird das in der Nähe der Pulsarposition beobachtete Innenknoten-Merkmal als möglicher Kandidat diskutiert. Für die Gammastrahlen Emission des Krebspulsar fanden wir eine energieabhängige Pulsform und eine phasenabhängige Spektralform, die wahrscheinlich ein Szenario mit mehrfach Herkunftsorten implizieren, an dem die Regionen Polkappe, Außenspalt und relativistischer Wind beteiligt sind. Wir schlagen vor, dass diese drei Beschleunigungsstellen die Emissionen jeweils in verschiedenen Phasen und Energien dominieren. Bemerkenswerterweise wird für die Brückenphasen-Emission ein relativ scharfer Cutoff bei einer relativ hohen Energie von ∼8 GeV beobachtet, und das für die zweite Pulsspitze beobachtete >10 GeV-Spektrum ist härter als das für andere Phasen.