Ilma pään yläpuolella on elossa näkymättömillä suihkuilla. Avaruudesta saatavat voimakkaat hiukkaset lyövät jatkuvasti ilmakehääsi yläpuolella, jolloin muodostuu subatominen kaskadi, joka ampuu alaspäin lähellä valonopeutta. Selvittää, mistä nämä alamäet ovat peräisin ja mitä he kertovat meille maailmankaikkeudesta, on korkean korkeuden veden Cherenkovin (HAWC) observatorion tehtävä, joka koostuu 300 jättiläisestä puhdistetun veden säiliöstä koostuvasta kaukoputkesta, joka on sijoitettu lähellä Meksikossa sijaitsevaa Sierra Negra-tulivuoren huippua.
HAWC: n tavoitteena on löytää korkeimman energian ilmiöt kosmossa; mukaan lukien eksoottiset tähdet, supermassiiviset mustat aukot ja tuhoava tumma aine. Näiden kaltaiset ilmiöt tuottavat gammasäteitä, fotoneja, joissa on enemmän kuin biljoonakertainen optisen valon energia, jonka kanssa näemme, ja kosmiset säteet, jotka latasivat atomin ytimiä jopa seitsemän kertaa enemmän energiaa kuin protonit, jotka on keskeytetty yhteen yhdessä suuressa hadronin kolarilaitteessa. Molempien alkuperä on varjostettu monissa salaisuuksissa, minkä vuoksi HAWC tarkkailee jatkuvasti suurta osaa taivaasta toivoen purkaakseen muutaman.
Kun erittäin korkeaenerginen hiukkanen saapuu maan ilmakehään ja kaatuu ilmamolekyyliin, seurauksena oleva reaktio tuottaa uusia subatomisia hiukkasia. Jokainen näistä sisältää valtavan energian, joten ne jatkavat murskaamista ja reagointia ja tuottavat lisää hiukkasia jatkuvasti leviävässä lumivyvässä, joka päätyy levittämään noin 100 metrin poikki ympyrään siihen mennessä, kun se saavuttaa maan. Tämä hiukkassuihku kulkee kaukoputken säiliöiden läpi kulkeen nopeammin kuin valon nopeus vedessä (mikä on noin kolme neljäsosaa nopeudestaan tyhjiössä), jolloin syntyy äänipuomin optinen vastine - ultraviolettivalon purske, joka tunnetaan nimellä Cherenkov-säteily. Karakterisoimalla tarkalleen kuinka ja milloin hiukkaset kohtaavat puhdistettujen vesisäiliöiden joukon, tutkijat voivat selvittää missä taivaalla lähde sijaitsee.
Noin 20 000 tällaista suihkua tallennetaan joka sekunti HAWC: ssä, mutta melkein kaikki ovat kosmisia, eivät gammasäteitä. Koska kosmiset säteet ovat varautuneita, niiden lentotietä maailmankaikkeuden välillä muuttavat magneettikentät, mikä tarkoittaa niiden lähtöpisteiden määrittämistä. Gammasäteet ovat paljon harvinaisempia - HAWC näkee niistä noin 1 000 päivässä -, mutta ne osoittavat suorassa linjassa lähteilleen. Aikaisemmat gammasäteen kaukoputket piti yleensä suunnata tiettyihin taivaan pisteisiin, usein vasta sen jälkeen, kun tutkijoita on hälytetty joistakin siellä tapahtuvista korkean energian ilmiöistä. Koska HAWC tuijottaa maailmankaikkeutta kaikkina aikoina, sillä on paremmat mahdollisuudet ottaa nämä harvinaiset salamat.
Maaliskuussa 2015 valmistunut observatorio julkaisi äskettäin ensimmäisen tietonsa vuoden - taivaankartan, joka paljastaa noin 40 erittäin kirkasta lähdettä, monet Linnunradan galaksistamme. "Nämä eivät ole myllyssä huippua olevia tähtiä", sanoi fyysikko Brenda Dingus Los Alamosin kansallisesta laboratoriosta, HAWC: n tiedottaja.
Suurin osa niistä on supernoovan jäännöksiä, seurauksena voimakkaasta räjähdyksestä, joka tapahtuu jättilähdettä kuollessa. Kun näiden räjähdysten iskuaallot laajenevat ulospäin, ne törmäävät ympäröivään kaasuun ja pölyyn suurilla nopeuksilla tuottaen gammasäteilyä - prosessia, joka voi jatkua tuhansia vuosia. HAWC-ryhmä toivoo löytävänsä supernoovan jäännökset evoluution eri vaiheissa ja yhdistävänsä tiedot muilla eri aallonpituuksilla työskentelevien teleskooppien tietoihin selvittääkseen tämän monimutkaisen prosessin yksityiskohdat. Koska supernoovajäännöksillä on voimakkaita magneettikenttiä, ne ansaavat ja kiihdyttävät varautuneita hiukkasia, muodostaen kosmisia säteitä. Suurimman osan näkemämme kosmisen säteen ajatellaan lähtöisin tällaisista paikoista, mutta niitä voivat tuottaa myös pulsaattorit - nopeasti pyörivät supertiheät neutronitähdet, jotka lähettävät säteilypalkkia - ja mustat aukot, jotka kiertävät toisiaan. HAWC auttaa tutkijoita määrittämään kaikkien näiden erilaisten kosmisten hiukkaskiihdyttimien kokonaistehon.
HAWC-tiedot sisältävät myös useita kirkkaita esineitä, jotka ovat galaksin ulkopuolella. Koska ne ovat niin kaukana, näiden lähteiden on paistava kuin valaisimet maailmankaikkeudessa. Jotkut ovat aktiivisia galaktisen ytimiä, nuoria galakseja, joiden keskeinen supermassiivinen musta aukko maistuu valtavalla kaasun ja pölyn gluteellä. Kun asia pyörii mustan aukon ympärillä, se kuumenee, vapauttaen valtavia säteilysuihkuja. HAWC on nähnyt näiden rakenteiden nousevan ajoittain, mutta tarkalleen miksi tämä tapahtuu, on edelleen tuntematon.
Observatorio toivoo myös havaitsevansa gammasäteilypurskeita, tunnetuimman maailmankaikkeuden energisimpia ilmiöitä. Ajatellaan tapahtuvan, kun supermassiivinen tähti romahtaa mustaan reikään, nämä räjähdykset vapauttavat saman määrän energiaa muutamassa sekunnissa kuin aurinkomme koko elämänsä ajan. Koska he ovat niin ohimeneviä, tutkijoiden on ollut vaikeaa tutkia niitä, mutta HAWC: n - joka tarkkailee taivasta jatkuvasti - odotetaan näkevän vähintään pari vuodessa.
Sitten on todella vallankumouksellisia juttuja, joita HAWC voisi mahdollisesti tarkkailla. "Tumma aine olisi tyylikkäin löydettävä asia", sanoi Dingus.
Vaikka tutkijat näkevät tämän omituisen materiaalin gravitaatiovaikutukset maailmankaikkeudessa, tumma aine ei tuota sähkömagneettista säteilyä, joten se ei näy tavallisissa kaukoputkeissa. Mutta jotkut teoreetikot spekuloivat sen, että tumman aineen hiukkaset voisivat törmätä toisiinsa ja tuhota, prosessin, jonka pitäisi tuottaa gammasäteitä. Paikoissa, kuten kääpiömäisiä galakseja, jotka on valmistettu melkein kokonaan pimeästä aineesta, tämän tuhoamisen tulisi tapahtua jatkuvasti. Toistaiseksi kukaan ei ole nähnyt merkittävää gammasäteilyä tulevan näistä heikoista, pienistä galakseista, mutta uusia on löydettävissä koko ajan, mikä kasvattaa mahdollisuutta murtaa lopulta yksi tähtitieteen suurimmista mysteereistä.
Mitä kauemmin HAWC tuijottaa maailmankaikkeutta, sitä syvemmäksi ja yksityiskohtaisemmaksi sen havainnot tulevat. Observatorion ensimmäisen toiminnan on tarkoitus päättyä tällä hetkellä vuonna 2020. "Mutta jos näemme jotain hienoa, ehkä ajamme pidempään", sanoi Dingus.
