Zrak nad glavo je živ z nevidnimi tuši. Zmogljivi delci vesolja nenehno udarijo v atmosfero nad seboj in ustvarijo subatomsko kaskado, ki strelja navzdol s skoraj svetlobno hitrostjo. Ugotoviti, od kod izvirajo ti nalivi in kaj nam govorijo o vesolju, je naloga observatorija na visoki višini vode Čerenkov (HAWC) teleskop, sestavljen iz 300 velikanskih rezervoarjev s prečiščeno vodo, postavljenih blizu vrha vulkana Sierra Negra v Mehiki.
Cilj HAWC-a je najti najvišje energijske pojave v kozmosu; vključno z eksotičnimi zvezdami, supermasivnimi črnimi luknjami in uničevanjem temne snovi. Pojavi, kot so ti, proizvajajo gama žarke, fotone z več kot trilijonkratno energijo optične svetlobe, ki jo vidimo, in kozmične žarke, ki so napolnili atomska jedra z energijo do sedemkrat večjo od protonov, razbitih skupaj na Velikem hadronskem trkalniku. Izvor obeh ostaja zakrit v mnogih skrivnostih, zato HAWC nenehno spremlja velik del neba v upanju, da jih bo nekoliko razvozlal.
Ko ultravijolični delci vstopijo v Zemljino atmosfero in se zrušijo v molekulo zraka, nastala reakcija ustvari nove subatomske delce. Vsaka od njih vsebuje ogromno energije, zato nadaljujejo razbijanje in reagiranje ter ustvarjanje več delcev v vedno širšem plazu, ki se razširi v krogu, približno 100 metrov, do trenutka, ko doseže tla. Tuš z delci prehaja skozi rezervoarje teleskopa, ki potujejo hitreje od hitrosti svetlobe v vodi (kar je približno tri četrtine njegove hitrosti v vakuumu), kar ustvarja optični ekvivalent zvočnega strela - razpoka ultravijolične svetlobe, znanega kot Čerenkovo sevanje. Z natančno opisovanjem, kako in kdaj delci naletijo na vrsto rezervoarjev s prečiščeno vodo, lahko raziskovalci ugotovijo, kje na nebu se nahaja vir.
Približno 20.000 takih tušev se posname vsako sekundo na HAWC, skoraj vsi pa so kozmični, ne gama žarki. Ker se kozmični žarki polnijo, je njihova pot leta skozi vesolje spremenjena z magnetnimi polji, kar pomeni, da njihovih izvornih točk ni mogoče določiti. Gama žarki so veliko redkejši - HAWC jih opazi približno 1.000 na dan - vendar kažejo po ravni črti nazaj do svojih virov. Prejšnji teleskopi z gama žarki so ponavadi morali biti usmerjeni v določene točke na nebu, pogosto šele potem, ko so raziskovalci bili opozorjeni na nekatere visokoenergijske pojave, ki se tam pojavljajo. Ker HAWC ves čas strmi v vesolje, ima boljše možnosti, da pobira te redke bliskavice.
Opazovalni center, končan marca 2015, je ravno pred kratkim objavil prvo leto podatkov - zemljevid neba, ki razkriva približno 40 super svetlih virov, veliko iz naše galaksije Mlečna pot. "To niso zvezde, ki jih vodijo, " je povedala fizičarka Brenda Dingus iz Nacionalnega laboratorija v Los Alamosu, predstavnica HAWC.
Večina je ostankov supernove, posledice močne eksplozije, ki se zgodi med smrtjo orjaške zvezde. Ko se udarni valovi zaradi teh eksplozij širijo navzven, se z velikimi hitrostmi strmoglavijo v okoliški plin in prah, kar ustvarja gama-sevanje - proces, ki se lahko nadaljuje tisoč let. Ekipa HAWC upa, da bo odkrila ostanke supernove na različnih stopnjah njihovega razvoja in združila svoje podatke s podatki drugih teleskopov, ki delujejo na različnih valovnih dolžinah, da bi ugotovili podrobnosti tega zapletenega postopka. Ostanki supernove imajo močna magnetna polja, zato lovijo in pospešujejo nabito delce, ki ustvarjajo kozmične žarke. Mislimo, da večina kozmičnih žarkov izvira iz takšnih krajev, vendar jih lahko proizvajajo tudi pulzari - hitro vrteče se super gosto nevtronske zvezde, ki oddajajo sevanje sevanja - in črne luknje, ki krožijo druga ob drugo. HAWC bo raziskovalcem pomagal določiti skupno moč vseh teh različnih pospeševalcev kozmičnih delcev.
Podatki HAWC vsebujejo tudi več svetlih predmetov, ki so zunaj galaksije. Ker so tako daleč, morajo ti viri sijati kot reflektorji v vesolju. Nekateri so aktivna galaktična jedra, mlade galaksije, katerih osrednja supermasivna črna luknja se širi na ogromnem polju plina in prahu. Ko se zadeva vrti okoli črne luknje, se segreva in sprošča kolosalne curke sevanja. HAWC opaža, da se te strukture občasno izbruhnejo, vendar natančno zakaj se to zgodi, še vedno ni znano.
Opazovalnica upa tudi, da bo opazila razpoke gama žarkov, najbolj energičnih pojavov v znanem vesolju. Če se zgodi, da se supermasivna zvezda zruši v črno luknjo, te eksplozije v nekaj sekundah sprostijo enako količino energije, kot jo bo naše sonce skozi celo življenje. Ker so tako prehodni, jih je znanstvenikom težko proučevati, vendar naj bi HAWC - ki stalno opazuje nebo - videl vsaj nekaj letno.
Potem je tu resnično revolucionarna stvar, ki jo lahko HAWC opazi. "Temna snov bi bila najbolj kul stvar, ki jo najdemo, " je dejal Dingus.
Medtem ko znanstveniki lahko vidijo gravitacijske učinke tega čudnega materiala v vesolju, temna snov ne proizvaja elektromagnetnega sevanja in se tako ne pojavlja v običajnih teleskopih. Toda nekateri teoretiki ugibajo, da bi se delci temne snovi lahko strnili drug v drugega in uničili, proces, ki naj bi ustvaril gama žarke. V krajih, kot so pritlikave sferične galaksije, ki so skoraj v celoti izdelane iz temne snovi, bi se moralo to uničevanje nenehno dogajati. Do zdaj nihče ni videl pomembnega gama sevanja, ki prihaja iz teh šibkih majhnih galaksij, vendar se ves čas odkrivajo nove, kar povečuje možnost, da se končno razbije ena največjih skrivnosti v astronomiji.
Dlje kot HAWC strmi v vesolje, globlja in podrobnejša bodo njegova opažanja. Prvotni zagon opazovalnice naj bi se končal leta 2020. "Toda če bomo videli nekaj kul, bomo morda tekli dlje, " je dejal Dingus.
