Ο αέρας πάνω από το κεφάλι σας είναι ζωντανός με αόρατα ντους. Ισχυρά σωματίδια από το διάστημα χτυπούν συνεχώς την ατμόσφαιρα πάνω από εσάς, δημιουργώντας έναν υποατομικό καταρράκτη που πυροβολεί προς τα κάτω σε σχεδόν ταχύτητα φωτός. Αναγνωρίζοντας το πού προέρχονται αυτές οι βροχοπτώσεις και τι μας λένε για το σύμπαν, είναι το έργο του παρατηρητηρίου Υψηλού Υψόμετρου Νερού Cherenkov (HAWC) ένα τηλεσκόπιο που αποτελείται από 300 γιγάντιες δεξαμενές καθαρού νερού τοποθετημένες κοντά στην κορυφή του ηφαιστείου Sierra Negra στο Μεξικό.
Ο στόχος του HAWC είναι να βρει τα φαινόμενα υψηλότερης ενέργειας στον κόσμο. συμπεριλαμβανομένων των εξωτικών αστεριών, των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και της εξόντωσης της σκοτεινής ύλης. Τα φαινόμενα όπως αυτά παράγουν ακτίνες γάμμα, φωτόνια με περισσότερο από ένα τρισεκατομμύριο φορές την ενέργεια του οπτικού φωτός που βλέπουμε με, και κοσμικές ακτίνες, φορτισμένους ατομικούς πυρήνες με ενέργεια έως και επτά φορές μεγαλύτερη από εκείνη των πρωτονίων που έχουν καταστραφεί μαζί στο Large Hadron Collider. Η προέλευση και των δύο παραμένει σκεπασμένη σε πολλά μυστήρια, γι 'αυτό το HAWC παρακολουθεί συνεχώς ένα μεγάλο μέρος του ουρανού με την ελπίδα να ξεδιπλώσει μερικά.
Όταν ένα σωματίδιο υψηλής ενέργειας εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης και συνθλίβει σε ένα μόριο αέρα, η προκύπτουσα αντίδραση παράγει νέα υποατομικά σωματίδια. Καθένα από αυτά περιέχει τεράστια ενέργεια και συνεπώς συνεχίζουν να καταρρέουν και να αντιδρούν και να παράγουν περισσότερα σωματίδια σε μια ολοένα και διευρυνόμενη χιονοστιβάδα που καταλήγει να εξαπλώνεται σε έναν κύκλο περίπου 100 μέτρων κατά τη στιγμή που φτάνει στο έδαφος. Αυτό το ντους σωματιδίων περνάει μέσα από τις δεξαμενές του τηλεσκοπίου ταξιδεύοντας ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός στο νερό (που είναι περίπου τα τρία τέταρτα της ταχύτητάς του σε κενό), δημιουργώντας το οπτικό ισοδύναμο μιας ηχητικής έκρηξης - μια έκρηξη υπεριώδους φωτός γνωστής ως ακτινοβολία Cherenkov. Με τον χαρακτηρισμό ακριβώς πώς και πότε τα σωματίδια συναντούν τη συστοιχία δεξαμενών καθαρισμένου νερού, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν πού στον ουρανό βρίσκεται η πηγή.
Περίπου 20.000 τέτοια ντους καταγράφονται κάθε δευτερόλεπτο στο HAWC αλλά σχεδόν όλα είναι κοσμικές, όχι γάμμα, ακτίνες. Επειδή οι κοσμικές ακτίνες φορτίζονται, το μονοπάτι πτήσης τους μέσω του σύμπαντος μεταβάλλεται από μαγνητικά πεδία, πράγμα που σημαίνει ότι τα σημεία προέλευσης τους δεν μπορούν να προσδιοριστούν. Οι ακτίνες γάμμα είναι πολύ πιο σπάνιες - το HAWC βλέπει περίπου 1.000 από αυτές την ημέρα - αλλά δείχνουν σε μια ευθεία γραμμή πίσω στις πηγές τους. Τα προηγούμενα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα συνήθως έπρεπε να στοχεύουν σε συγκεκριμένες θέσεις στον ουρανό, συχνά μόνο αφού οι ερευνητές είχαν ειδοποιηθεί για κάποια φαινόμενα υψηλής ενέργειας που εμφανίζονται εκεί. Επειδή το HAWC κοιτάζει πάντα στο σύμπαν, έχει περισσότερες πιθανότητες να πάρει αυτές τις σπάνιες λάμψεις.
Ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2015, το παρατηρητήριο μόλις πρόσφατα κυκλοφόρησε το πρώτο έτος δεδομένων - έναν χάρτη του ουρανού αποκαλύπτοντας περίπου 40 εξαιρετικά φωτεινές πηγές, πολλές μέσα από τον γαλαξία μας Γαλαξία. "Αυτά δεν είναι αστέρια", δήλωσε ο φυσικός Brenda Dingus του Εθνικού Εργαστηρίου Los Alamos, εκπρόσωπος του HAWC.
Τα περισσότερα είναι υπολείμματα σουπερνόβα, τα επακόλουθα της ισχυρής έκρηξης που συμβαίνει κατά τη διάρκεια του θανάτου ενός γιγαντιαίου αστέρα. Καθώς τα κύματα κλονισμού από αυτές τις εκρήξεις επεκτείνονται προς τα έξω, συντρίβονται σε περιβάλλοντα αέρια και σκόνη σε υψηλές ταχύτητες, δημιουργώντας ακτινοβολία γάμμα - μια διαδικασία που μπορεί να συνεχιστεί για χιλιάδες χρόνια. Η ομάδα HAWC ελπίζει να ανακαλύψει τα υπολείμματα της σουπερνόβα σε διάφορα στάδια της εξέλιξής τους και να συνδυάσει τα δεδομένα τους με δεδομένα από άλλα τηλεσκόπια που εργάζονται σε διαφορετικά μήκη κύματος για να καταλάβουν τις λεπτομέρειες αυτής της περίπλοκης διαδικασίας. Επειδή τα υπολείμματα της σουπερνόβα έχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία, παγιδεύουν και επιταχύνουν τα φορτισμένα σωματίδια, δημιουργώντας κοσμικές ακτίνες. Οι περισσότερες από τις κοσμικές ακτίνες που βλέπουμε πιστεύεται ότι προέρχονται από τέτοιες θέσεις, αλλά μπορούν επίσης να παραχθούν από παλμούς - γρήγορα σπινθήρες υπερ-πυκνών αστερων νετρονίων που εκπέμπουν δέσμη ακτινοβολίας - και μαύρες τρύπες που περιστρέφονται γύρω από την άλλη. Το HAWC θα βοηθήσει τους ερευνητές να καθορίσουν τη συνολική ισχύ εξόδου όλων αυτών των διαφορετικών επιταχυντών κοσμικών σωματιδίων.
Τα δεδομένα HAWC περιέχουν επίσης αρκετά φωτεινά αντικείμενα που βρίσκονται εκτός του γαλαξία. Επειδή είναι τόσο μακριά, αυτές οι πηγές πρέπει να λάμπουν σαν προβολείς στο σύμπαν. Μερικοί είναι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες, νέοι γαλαξίες των οποίων η κεντρική υπερμεγέθης μαύρη τρύπα πανηγυρίζει σε τεράστιο γκάζι αερίου και σκόνης. Καθώς το θέμα περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, θερμαίνεται, απελευθερώνοντας κολοσσιαία ακτινοβολία. Το HAWC έχει δει ότι αυτές οι δομές φλεγμονώνονται περιοδικά, αλλά ακριβώς γιατί συμβαίνει αυτό παραμένει άγνωστο.
Το παρατηρητήριο ελπίζει επίσης να εντοπίσει εκρήξεις ακτίνων γάμμα, τα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο γνωστό σύμπαν. Σκέψη για να συμβεί όταν ένα αστέρι υπερμεγέθους καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα, αυτές οι εκρήξεις απελευθερώνουν την ίδια ποσότητα ενέργειας σε λίγα δευτερόλεπτα καθώς ο ήλιος μας θα διασχίσει ολόκληρη τη ζωή του. Επειδή είναι τόσο μεταβατικές, είναι δύσκολο για τους επιστήμονες να τις μελετήσουν, αλλά το HAWC-το οποίο παρακολουθεί συνεχώς τον ουρανό- αναμένεται να δει τουλάχιστον ένα ζευγάρι ετησίως.
Στη συνέχεια, υπάρχει το πραγματικά επαναστατικό υλικό που το HAWC θα μπορούσε ενδεχομένως να παρατηρήσει. "Η σκοτεινή ύλη θα ήταν το πιο ωραίο πράγμα που βρέθηκε", δήλωσε ο Dingus.
Ενώ οι επιστήμονες μπορούν να δουν τις βαρυτικές επιδράσεις αυτού του περίεργου υλικού στο σύμπαν, η σκοτεινή ύλη δεν παράγει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και έτσι δεν εμφανίζεται στα συνηθισμένα τηλεσκόπια. Ωστόσο, ορισμένοι θεωρητικοί πιστεύουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να συντρίψουν το ένα το άλλο και να εξοντώσουν, μια διαδικασία που θα έπρεπε να παράγει ακτίνες γάμμα. Σε μέρη όπως οι σφαιροειδείς γαλαξίες νάνος, οι οποίοι κατασκευάζονται σχεδόν εξ ολοκλήρου από σκοτεινή ύλη, αυτή η εξόντωση θα πρέπει να συμβαίνει συνεχώς. Μέχρι στιγμής, κανείς δεν έχει δει σημαντική ακτινοβολία γάμμα που προέρχεται από αυτούς τους αμυδρούς, μικρούς γαλαξίες, αλλά νέες ανακαλύπτονται συνεχώς, αυξάνοντας την πιθανότητα να σπάσουν τελικά ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της αστρονομίας.
Το μεγαλύτερο HAWC κοιτάζει έξω στο σύμπαν, όσο πιο βαθιά και λεπτομερέστερα θα γίνουν οι παρατηρήσεις του. Η αρχική λειτουργία του παρατηρητηρίου έχει προγραμματιστεί να λήξει το 2020. "Αν όμως βλέπουμε κάτι δροσερό, ίσως θα τρέξουμε για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα", δήλωσε ο Dingus.
