Въздухът над главата ви оживява с невидими душове. Мощни частици от космоса непрекъснато удрят атмосферата над вас, създавайки субатомна каскада, която стреля надолу с близка светлинна скорост. Да разберем откъде произлизат тези изливания и какво ни казват за Вселената е работата на обсерваторията на водата на височината на водата Черенков (HAWC) - телескоп, състоящ се от 300 гигантски резервоара с пречистена вода, разположени близо до върха на вулкана Сиера Негра в Мексико.
Целта на HAWC е да намери най-високо енергийните явления в Космоса; включително екзотични звезди, свръхмасивни черни дупки и унищожаваща тъмна материя. Явления като тези произвеждат гама-лъчи, фотони с повече от трилион пъти по-голяма от енергията на оптичната светлина, която виждаме, и космически лъчи, заредени атомни ядра с енергия до седем пъти по-голяма от тази на протоните, разбити заедно при Големия адронен колайдер. Произходът на двамата остава обвит в много мистерии, поради което HAWC постоянно следи голяма част от небето с надеждата да разгадае няколко.
Когато ултра високо енергийна частица навлезе в земната атмосфера и се разбие във въздушна молекула, получената реакция произвежда нови субатомни частици. Всяко от тях съдържа огромна енергия и така те продължават да разбиват и реагират и да произвеждат повече частици във непрекъснато разширяваща се лавина, която в крайна сметка се разпростира в кръг приблизително на 100 метра по времето, когато достигне земята. Този душ с частици преминава през резервоарите на телескопа, пътуващи по-бързо от скоростта на светлината във вода (което е около три четвърти от скоростта му във вакуум), създавайки оптичния еквивалент на звуков бум - изблик на ултравиолетова светлина, известен като радиация на Черенков. Определяйки точно как и кога частиците се натъкват на масива от резервоари с пречистена вода, изследователите могат да определят къде в небето се намира източникът.
Приблизително 20 000 такива душове се записват всяка секунда в HAWC, но почти всички са космически, а не гама. Тъй като космическите лъчи са заредени, пътят им на полет през Вселената се променя от магнитни полета, което означава, че техните начални точки не могат да бъдат определени. Гама лъчите са много по-редки - HAWC вижда около 1000 от тях на ден - но те сочат по права линия обратно към източниците си. Предишните телескопи с гама лъчи обикновено трябваше да бъдат насочени към конкретни петна по небето, често само след като изследователите са били сигнализирани за някои високоенергийни явления, възникващи там. Тъй като HAWC се взира във Вселената по всяко време, има по-голям шанс да вземе тези редки светкавици.
Завършена през март 2015 г., обсерваторията съвсем наскоро пусна първата си година от данни - карта на небето, разкриваща около 40 супер ярки източника, много от нашата галактика Млечен път. „Това не са звезди на мелниците“, казва физикът Бренда Дингус от Националната лаборатория в Лос Аламос, говорител на HAWC.
Повечето са остатъци от свръхнови, последствия от мощната експлозия, която се случва по време на смъртта на гигантска звезда. Докато ударните вълни от тези експлозии се разширяват навън, те се блъскат в заобикалящия газ и прах с висока скорост, генерирайки гама-лъчение - процес, който може да продължи хиляди години. Екипът на HAWC се надява да открие остатъците от свръхнови на различни етапи от тяхната еволюция и да комбинира данните си с данни от други телескопи, работещи с различна дължина на вълната, за да разбере подробностите на този сложен процес. Тъй като остатъците от свръхнови имат мощни магнитни полета, те улавят и ускоряват заредените частици, създавайки космически лъчи. Счита се, че повечето от космическите лъчи, които виждаме, произхождат от такива места, но те също могат да бъдат произведени от пулсари - бързо въртящи се супер плътни неутронни звезди, излъчващи лъч лъчи - и черни дупки, орбитиращи една друга. HAWC ще помогне на изследователите да определят общата мощност на всички тези различни ускорители на космически частици.
Данните на HAWC съдържат и няколко ярки обекта, които са извън галактиката. Тъй като те са толкова далеч, тези източници трябва да блестят като прожектори във Вселената. Някои от тях са активни галактични ядра, млади галактики, чиято централна свръхмасивна черна дупка се угощава на огромна струя газ и прах. Докато материята се върти около черната дупка, тя се нагрява, отделяйки колосални струи радиация. HAWC вижда, че тези структури периодично избухват, но точно защо това се случва остава неизвестно.
Обсерваторията също се надява да забележи изблици на гама-лъчи, най-енергийните явления в известната вселена. Мислили да се появят, когато свръхмасивна звезда се срине в черна дупка, тези експлозии освобождават същото количество енергия за няколко секунди, колкото нашето слънце през целия си живот. Тъй като те са толкова преходни, за учените е трудно да ги изучават, но се очаква HAWC - който постоянно наблюдава небето - поне два пъти годишно.
Тогава има наистина революционните неща, които HAWC потенциално би могъл да наблюдава. "Тъмната материя би била най-готиното нещо за намиране", каза Дингус.
Докато учените могат да видят гравитационните ефекти на този странен материал във Вселената, тъмната материя не произвежда електромагнитно излъчване и така не се появява в обикновените телескопи. Но някои теоретици спекулират, че частиците от тъмна материя могат да се сринат една в друга и да унищожат, процес, който би трябвало да генерира гама лъчи. На места като джудже сфероидални галактики, които са направени почти изцяло от тъмна материя, това унищожаване трябва постоянно да се случва. Досега никой не е виждал значителна гама радиация, идваща от тези слаби малки галактики, но непрекъснато се откриват нови, което повдига възможността най-накрая да се разпука една от най-големите мистерии в астрономията.
Колкото по-дълго HAWC се взира във Вселената, толкова по-задълбочени и подробни ще станат нейните наблюдения. Първоначалното пускане на обсерваторията понастоящем е планирано да приключи през 2020 г. "Но ако видим нещо готино, може би ще продължим по-дълго", каза Дингус.
