Vzduch nad hlavou je živý neviditelnými sprchami. Silné částice z vesmíru neustále naráží na atmosféru nad vámi a vytvářejí subatomickou kaskádu, která střílí dolů rychlostí blízkou světlu. Zjistit, kde tyto lijáky pocházejí a co nám říkají o vesmíru, je úkolem observatoře High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), dalekohledu skládajícího se z 300 obřích tanků vyčištěné vody umístěných poblíž vrcholu sopky Sierra Negra v Mexiku.
Cílem HAWC je najít jevy s nejvyšší energií ve vesmíru; včetně exotických hvězd, supermasivních černých děr a ničení temné hmoty. Jevy, jako jsou tyto, produkují gama paprsky, fotony s více než bilionkrát vyšší energií optického světla, které vidíme, a kosmické paprsky nabily atomová jádra energií až sedmkrát vyšší než protony rozdrcené společně ve velkém hadronovém srážce. Počátky obou zůstávají zahaleny mnoha záhadami, a proto HAWC neustále monitoruje velkou část oblohy v naději, že se jich několik rozpadne.
Když ultra-vysokoenergetická částice vstoupí do zemské atmosféry a narazí na molekulu vzduchu, výsledná reakce vytvoří nové subatomické částice. Každá z nich obsahuje ohromnou energii, a tak pokračují v rozbíjení a reakci a produkují další částice v neustále se rozšiřující lavině, která se v okamžiku, kdy dosáhne země, rozprostírá v kruhu asi 100 metrů. Tato částcová sprcha prochází tanky dalekohledu rychleji, než je rychlost světla ve vodě (což je asi tři čtvrtiny její rychlosti ve vakuu), čímž se vytváří optický ekvivalent zvukového rozmachu - výbuch ultrafialového světla známého jako Cherenkovovo záření. Přesným charakterizováním toho, jak a kdy částice naráží na řadu zásobníků vyčištěné vody, mohou vědci určit, kde na obloze je zdroj umístěn.
Přibližně 20 000 takových sprch je zaznamenáno každou sekundu na HAWC, ale téměř všechny jsou kosmické, nikoli gama, paprsky. Protože jsou kosmické paprsky nabity, jejich dráha letu vesmírem je změněna magnetickými poli, což znamená, že jejich počáteční body nelze určit. Gama paprsky jsou mnohem vzácnější - HAWC vidí asi 1 000 z nich denně - ale ukazují na přímku zpět ke svým zdrojům. Předchozí dalekohledy gama paprsků obvykle musely být zaměřeny na určitá místa na obloze, často teprve poté, co vědci byli upozorněni na některé vysokoenergetické jevy. Protože HAWC neustále hledí do vesmíru, má větší šanci zachytit tyto vzácné záblesky.
Observatoř, dokončená v březnu 2015, nedávno zveřejnila svůj první rok dat - mapu oblohy odhalující asi 40 super jasných zdrojů, mnoho z naší Galaxie Mléčné dráhy. "Nejedná se o hvězdné mlýny, " řekla mluvčí HAWC fyzik Brenda Dingus z Los Alamos National Laboratory.
Většina z nich jsou zbytky supernovy, následky silné exploze, ke které dochází během smrti obří hvězdy. Jak se rázové vlny z těchto explozí rozšiřují směrem ven, narážejí do okolního plynu a prachu při vysokých rychlostech a vytvářejí gama záření - proces, který může pokračovat tisíce let. Tým HAWC doufá, že odhalí zbytky supernovy v různých stádiích jejich vývoje a zkombinuje jejich data s daty z jiných dalekohledů pracujících na různých vlnových délkách, aby zjistil podrobnosti tohoto složitého procesu. Protože zbytky supernovy mají silná magnetická pole, zachycují a urychlují nabité částice a vytvářejí kosmické paprsky. Většina kosmických paprsků, které vidíme, má původ v takových místech, ale mohou být také produkována pulsary - rychle se točícími superhustými neutronovými hvězdami emitujícími paprsek záření - a černými dírami obíhajícími jeden druhého. HAWC pomůže vědcům určit celkový výkon všech těchto různých urychlovačů kosmických částic.
Data HAWC také obsahují několik světlých objektů, které jsou mimo galaxii. Protože jsou tak daleko, musí tyto zdroje svítit jako světlomety ve vesmíru. Některé z nich jsou aktivní galaktická jádra, mladé galaxie, jejichž centrální superhmotná černá díra hoduje na obrovském množství plynu a prachu. Když se hmota otáčí kolem černé díry, zahřívá se a uvolňuje obrovské paprsky záření. HAWC viděl tyto struktury pravidelně vzplanout, ale přesně to, proč k tomu dochází, zůstává neznámé.
Observatoř také doufá, že spatří výbuchy gama, které jsou nejenergičtějšími jevy ve známém vesmíru. Předpokládá se, že nastane, když se superhmotná hvězda zhroutí do černé díry, tyto exploze uvolní stejné množství energie během několika sekund, jaké naše slunce bude v průběhu celého svého života. Protože jsou tak přechodní, bylo pro vědce obtížné je studovat, ale očekává se, že HAWC, který neustále pozoruje oblohu, uvidí alespoň pár za rok.
Pak existují skutečně revoluční věci, které by mohl HAWC potenciálně pozorovat. "Temná hmota by byla ta nejúžasnější věc, " řekl Dingus.
Zatímco vědci vidí gravitační účinky tohoto podivného materiálu ve vesmíru, temná hmota nevyvolává žádné elektromagnetické záření, a tak se neobjevuje v běžných dalekohledech. Někteří teoretici však spekulují, že částice temné hmoty by se mohly navzájem vrhnout a zničit, což je proces, který by měl vytvářet paprsky gama. Na místech, jako jsou trpasličí sféroidní galaxie, které jsou vyrobeny téměř výhradně z temné hmoty, by toto ničení mělo neustále probíhat. Dosud nikdo z těchto slabých malých galaxií neviděl významné gama záření, ale stále se objevují nové, což zvyšuje možnost konečně otevřít jednu z největších záhad v astronomii.
Čím déle HAWC zírá do vesmíru, tím hlubší a podrobnější budou jeho pozorování. Počáteční provoz observatoře je v současné době naplánován na konec roku 2020. „Pokud ale uvidíme něco v pohodě, možná budeme běžet déle, “ řekl Dingus.
