Zrak iznad glave živ je s nevidljivim tuševima. Snažne čestice iz svemira neprestano udaraju u atmosferu iznad vas, stvarajući subatomsku kaskadu koja puca prema dolje pri brzini svjetlosti. Shvatiti odakle potječu ove pljuskove i što nam govore o svemiru posao je visokogorskog opservatorija Čerenkov (HAWC), teleskopa koji se sastoji od 300 džinovskih spremnika pročišćene vode postavljenih u blizini vrha vulkana Sierra Negra u Meksiku.
HAWC-ov cilj je pronaći fenomene najviše energije u kozmosu; uključujući egzotične zvijezde, supermasivne crne rupe i uništavanje tamne materije. Pojavi poput ovih proizvode gama zrake, fotone s više od trilijuna puta energije optičke svjetlosti koju vidimo i kozmičke zrake, napunjene su atomska jezgra s energijom do sedam puta većom od protona razbijenih zajedno na Velikom hadronskom sudaraču. Podrijetlo obojice ostaje obavijeno mnogim misterijama, zbog čega HAWC neprestano nadgleda veliki dio neba u nadi da će ih nekoliko otkriti.
Kad ultra-visokoenergetska čestica uđe u Zemljinu atmosferu i padne u molekulu zraka, nastala reakcija stvara nove subatomske čestice. Svaka od njih sadrži ogromnu energiju, pa nastavljaju razbijati i reagirati, stvarajući više čestica u sve većoj lavini koja se širi u krug otprilike 100 metara u trenutku kad se spusti na zemlju. Taj tuš od čestica prolazi kroz spremnike teleskopa koji putuju brže od brzine svjetlosti u vodi (što je oko tri četvrtine njegove brzine u vakuumu), stvarajući optički ekvivalent zvučnog puhanja - praska ultraljubičastog svjetla zvanog Cherenkov zračenje. Okarakterizirajući točno kako i kada čestice naiđu na niz spremnika s pročišćenom vodom, istraživači mogu utvrditi gdje se na nebu nalazi izvor.
Otprilike 20.000 takvih tuševa snima se svake sekunde na HAWC-u, ali gotovo svi su kozmički, a ne gama. Kako su kozmičke zrake napunjene, njihov put leta kroz svemir izmijenjen je magnetskim poljem, što znači da se njihove točke polaska ne mogu odrediti. Gama zrake su puno rjeđe - HAWC ih vidi otprilike 1.000 dnevno - ali oni upućuju ravno prema svom izvoru. Prethodni teleskopi gama zraka obično su trebali biti usmjereni na određena mjesta na nebu, često tek nakon što su istraživači upozoreni na neke visokoenergetske pojave koji se tamo događaju. Budući da HAWC stalno gleda u svemir, ima bolju šansu da pokupi ove rijetke bljeskove.
Završeno u ožujku 2015., opservatorij je nedavno objavio prvu godinu podataka - mapu neba koja otkriva oko 40 super svijetlih izvora, mnogi iz naše galaksije Mliječni put. "To nisu zvijezde", rekla je fizičarka Brenda Dingus iz Nacionalnog laboratorija Los Alamosa, glasnogovornica HAWC-a.
Većina su ostaci supernove, posljedica snažne eksplozije koja se dogodila za vrijeme smrti džinovske zvijezde. Kako se udarni valovi od tih eksplozija šire van, oni se velikom brzinom upadaju u okolni plin i prašinu, stvarajući gama zračenje - proces koji može trajati tisućama godina. HAWC tim nada se da će otkriti ostatke supernove u različitim fazama njihove evolucije i kombinirati njihove podatke s podacima drugih teleskopa koji rade na različitim valnim duljinama kako bi utvrdili detalje ovog složenog procesa. Budući da ostaci supernove imaju snažna magnetska polja, oni hvataju i ubrzavaju nabijene čestice, stvarajući kozmičke zrake. Smatra se da većina kozmičkih zraka koje potječu od takvih mjesta, ali mogu ih proizvesti i pulsari - brzo vrteći se super guste neutronske zvijezde koje zrače zrakom - i crne rupe koje kruže jedna oko druge. HAWC će pomoći istraživačima u određivanju ukupne snage svih ovih različitih akceleratora kozmičkih čestica.
Podaci HAWC-a sadrže i nekoliko svijetlih objekata koji su izvan galaksije. Budući da su tako daleko, ti izvori moraju zasjati poput reflektora u svemiru. Neke su aktivne galaktičke jezgre, mlade galaksije čija se središnja supermasivna crna rupa blaguje na ogromnoj prepunoj plinova i prašine. Dok se tvar vrti oko crne rupe, ona se zagrijava, oslobađajući kolosalne mlazove zračenja. HAWC je vidio kako se te strukture povremeno rasplamsavaju, ali točno zašto se to događa ostaje nepoznato.
Opservatorij se također nada da će uočiti rafale gama zraka, najenergičnije pojave u poznatom svemiru. Mislili su se dogoditi kada se supermasivna zvijezda sruši u crnu rupu, ove eksplozije u nekoliko sekundi ispuštaju istu količinu energije kao i naše sunce tijekom svog čitavog života. Budući da su tako prolazni, znanstvenicima je teško da ih proučavaju, ali očekuje se da HAWC - koji neprestano promatra nebo - barem nekoliko puta godišnje.
Zatim slijedi doista revolucionarna stvar koju bi HAWC mogao promatrati. "Tamnu materiju bilo bi najbolje pronaći", rekao je Dingus.
Dok znanstvenici mogu vidjeti gravitacijske učinke ovog čudnog materijala u svemiru, tamna tvar ne proizvodi elektromagnetsko zračenje i tako se ne pojavljuje u običnim teleskopima. No neki teoretičari nagađaju kako bi se čestice tamne tvari mogle urušiti jedna u drugu i uništiti, proces koji bi trebao stvarati gama zrake. Na mjestima poput patuljastih sferoidnih galaksija, koje su gotovo u cijelosti napravljene od tamne materije, ovo bi se uništavanje trebalo stalno događati. Do sada nitko nije vidio značajno gama zračenje koje dolazi iz tih slabašnih, malih galaksija, ali nove se neprestano otkrivaju, što povećava mogućnost da se napokon otvori jedna od najvećih misterija astronomije.
Što se duže HAWC zagleda u svemir, sve će dublja i detaljnija postajati njegova opažanja. Početna vožnja opservatorija trenutačno bi trebala biti završena 2020. "Ali ako vidimo nešto cool, možda ćemo trčati i dulje", rekao je Dingus.
