Aerul de deasupra capului tău este viu, cu dușuri invizibile. Particule puternice din spațiu lovesc constant atmosfera de deasupra voastră, generând o cascadă subatomică care se trage în jos, aproape de viteza luminii. Să descopăr de unde provin aceste ape aval și ce ne spun despre univers este treaba observatorului High Water Altitudine Cherenkov (HAWC), un telescop format din 300 de tancuri uriașe de apă purificată plasate în apropierea vârfului vulcanului Sierra Negra din Mexic.
Scopul HAWC este de a găsi fenomenele cu cea mai mare energie din cosmos; inclusiv stele exotice, găuri negre supermasive și anihilarea materiei întunecate. Fenomene precum acestea produc raze gamma, fotoni cu mai mult de un trilion de ori energia luminii optice cu care vedem și raze cosmice, nuclee atomice încărcate cu energii de până la șapte ori mai mari decât ale protonilor s-au spart împreună cu Colizorul de Hadroni Mari. Originile ambelor rămân învăluite în multe mistere, motiv pentru care HAWC monitorizează constant o mare parte a cerului, în speranța de a descoperi câteva.
Atunci când o particulă ultra-înaltă energie intră în atmosfera Pământului și se prăbușește într-o moleculă de aer, reacția rezultată produce noi particule subatomice. Fiecare dintre acestea conține o energie uriașă și astfel continuă să spargă și să reacționeze și să producă mai multe particule într-o avalanșă în continuă expansiune, care ajunge să se răspândească într-un cerc de aproximativ 100 de metri în timp ce ajunge la pământ. Acest duș de particule trece prin rezervoarele telescopului care călătoresc mai repede decât viteza luminii în apă (care este de aproximativ trei sferturi de viteză în vid), creând echivalentul optic al unui boom sonic - o explozie de lumină ultravioletă cunoscută sub numele de radiația Cherenkov. Caracterizând exact cum și când particulele se întâlnesc cu o serie de rezervoare de apă purificate, cercetătorii pot determina unde se află sursa cerului.
Aproximativ 20.000 de astfel de dușuri sunt înregistrate în fiecare secundă la HAWC, dar aproape toate sunt raze cosmice, nu gamma. Deoarece razele cosmice sunt încărcate, traseul lor de zbor prin univers este modificat de câmpuri magnetice, ceea ce înseamnă că punctele lor de origine nu pot fi determinate. Razele gamma sunt mult mai rare - HAWC vede aproximativ 1.000 dintre acestea pe zi - dar ele indică o linie dreaptă către sursele lor. Telescoapele anterioare cu raze gamma trebuie de obicei să fie orientate către anumite locuri de pe cer, adesea numai după ce cercetătorii au fost avertizați asupra unor fenomene cu energie mare care au loc acolo. Deoarece HAWC privește în univers în orice moment, are o șansă mai bună de a alege aceste sclipiri rare.
Completat în martie 2015, observatorul a lansat recent primul său an de date - o hartă a cerului care dezvăluie aproximativ 40 de surse super-strălucitoare, multe din interiorul galaxiei noastre din Calea Lactee. „Acestea nu sunt stelele de top”, a spus fizicianul Brenda Dingus de la Laboratorul Național Los Alamos, purtătorul de cuvânt al HAWC.
Majoritatea sunt rămășițe de supernove, urmarea exploziei puternice care are loc în timpul morții unei stele uriașe. Pe măsură ce undele de șoc din aceste explozii se extind spre exterior, acestea se prăbușesc în gazul și praful înconjurător cu viteze mari, generând radiații gamma - un proces care poate continua timp de mii de ani. Echipa HAWC speră să descopere resturile de supernove în diferite etape ale evoluției lor și să combine datele lor cu datele de la alte telescoape care lucrează la diferite lungimi de undă pentru a descoperi detaliile acestui proces complex. Deoarece resturile de supernove au câmpuri magnetice puternice, ele captează și accelerează particulele încărcate, creând raze cosmice. Majoritatea razelor cosmice pe care le vedem sunt considerate a fi originare în astfel de locuri, dar ele pot fi produse și de pulsars - stele de neutroni cu densitate super-densă care emit un fascicul de radiații - și găuri negre orbitând una pe alta. HAWC îi va ajuta pe cercetători să determine puterea totală a tuturor acestor acceleratoare cosmice diferite de particule.
Datele HAWC conțin, de asemenea, mai multe obiecte luminoase care se află în afara galaxiei. Deoarece sunt atât de departe, aceste surse trebuie să strălucească ca niște faruri din univers. Unele sunt nuclee galactice active, galaxii tinere a căror gaură neagră centrală supermassivă se prăbușește cu un uriaș imens de gaz și praf. Pe măsură ce materia se învârte în jurul găurii negre, se încălzește, eliberând jeturi colosale de radiații. HAWC a văzut că aceste structuri se declanșează periodic, dar exact de ce se întâmplă acest lucru rămâne necunoscut.
Observatorul speră, de asemenea, să detecteze explozii de raze gamma, cele mai energice fenomene din universul cunoscut. Gândit să apară atunci când o stea supermasivă se prăbușește într-o gaură neagră, aceste explozii eliberează aceeași cantitate de energie în câteva secunde ca soarele nostru va trece de-a lungul întregii sale vieți. Deoarece sunt atât de trecătoare, oamenilor de știință le-a fost dificil să le studieze, dar HAWC - care observă constant cerul - se așteaptă să vadă cel puțin un cuplu pe an.
Apoi există lucrurile cu adevărat revoluționare pe care le-ar putea observa HAWC. „Materia întunecată ar fi cel mai tare lucru de găsit”, a spus Dingus.
În timp ce oamenii de știință pot vedea efectele gravitaționale ale acestui material ciudat în univers, materia întunecată nu produce radiații electromagnetice și astfel nu apare în telescoape obișnuite. Dar unii teoreticieni speculează că particulele de materie întunecată s-ar putea prăbuși unul în altul și anihila, un proces care ar trebui să genereze raze gamma. În locuri precum galaxiile sfereroidiene pitice, care sunt fabricate aproape în totalitate din materie întunecată, această anihilare ar trebui să se producă constant. Până în prezent, nimeni nu a văzut radiații gamma semnificative provenind de la aceste mici galaxii slabe, dar noi sunt descoperite tot timpul, ridicând posibilitatea de a fisura în sfârșit unul dintre cele mai mari mistere din astronomie.
Cu cât HAWC va privi mai mult în univers, cu atât observațiile sale vor deveni mai profunde și mai detaliate. Funcționarea inițială a observatorului este în prezent programată să se încheie în 2020. „Dar dacă vedem ceva mișto, poate vom mai dura mai mult”, a spus Dingus.
