Luften over dit hoved lever med usynlige brusere. Kraftfulde partikler fra rummet rammer konstant atmosfæren over dig og genererer en subatomisk kaskade, der skyder nedad i næsten lyshastighed. At finde ud af, hvor disse nedløb stammer fra, og hvad de fortæller os om universet, er jobbet med observatoriet High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), et teleskop bestående af 300 kæmpe tanke med renset vand placeret nær toppen af vulkanen Sierra Negra i Mexico.
HAWC's mål er at finde de højeste energifenomener i kosmos; inklusive eksotiske stjerner, supermassive sorte huller og udslettelse af mørk stof. Fænomener som disse producerer gammastråler, fotoner med mere end en billioner gange energien fra det optiske lys, vi ser med, og kosmiske stråler, ladede atomkerner med energier op til syv gange så meget som protonerne, der smadres sammen på Large Hadron Collider. Oprindelsen af begge forbliver indhyllet i mange mysterier, hvorfor HAWC konstant overvåger en stor del af himlen i håb om at afsløre nogle få.
Når en ultra-højenergipartikel kommer ind i Jordens atmosfære og går ned i et luftmolekyle, producerer den resulterende reaktion nye subatomære partikler. Hver af disse indeholder enorm energi, og derfor fortsætter de med at smadre og reagere og producere flere partikler i et stadigt voksende snøskred, som ender med at sprede sig ud i en cirkel omkring 100 meter over det tidspunkt, når det når jorden. Dette partikelforbrænding passerer gennem teleskopets tanke, der kører hurtigere end lysets hastighed i vand (hvilket er ca. tre fjerdedele af dets hastighed i et vakuum), hvilket skaber det optiske ækvivalent til en sonisk bom - et udbrud af ultraviolet lys kaldet Cherenkov-stråling. Ved at karakterisere nøjagtigt, hvordan og hvornår partiklerne møder en række rensede vandtanke, kan forskere bestemme, hvor i himlen kilden er placeret.
Cirka 20.000 sådanne brusere optages hvert sekund på HAWC, men næsten alle er kosmiske, ikke gammastråler. Fordi kosmiske stråler oplades, ændres deres flyvevej gennem universet af magnetiske felter, hvilket betyder, at deres oprindelsespunkter ikke kan bestemmes. Gamma-stråler er meget sjældnere - HAWC ser omkring 1.000 af disse om dagen - men de peger i en lige linje tilbage til deres kilder. Tidligere gamma-stråle-teleskoper var normalt nødvendigt at være rettet mod specifikke pletter på himlen, ofte først efter at forskere er blevet advaret om nogle højenergifænomener der opstår der. Fordi HAWC til enhver tid stirrer ud i universet, har det en bedre chance for at afhente disse sjældne blink.
Overvågningscentret blev afsluttet i marts 2015, for nylig frigivet sit første dataår - et kort over himlen, der afslører omkring 40 superlyse kilder, mange inden for vores Melkevejs galakse. ”Disse er ikke mønsterværdige stjerner, ” sagde fysiker Brenda Dingus fra Los Alamos National Laboratory, talsmand for HAWC.
De fleste er supernovarester, kølvandet på den kraftige eksplosion, der opstår under døden af en gigantisk stjerne. Når chokbølgerne fra disse eksplosioner udvides udad, styrter de ned i omgivende gas og støv i høje hastigheder og genererer gammastråling - en proces, der kan fortsætte i tusinder af år. HAWC-teamet håber at opdage supernova-rester i forskellige faser af deres udvikling og kombinere deres data med data fra andre teleskoper, der arbejder med forskellige bølgelængder for at finde ud af detaljerne i denne komplekse proces. Fordi supernova-rester har kraftfulde magnetiske felter, fælder og accelererer de ladede partikler og skaber kosmiske stråler. De fleste af de kosmiske stråler, som vi ser, antages at stamme sådanne steder, men de kan også produceres af pulsarer - hurtigt spundet supertætte neutronstjerner, der udsender en strålebundt - og sorte huller, der kredser om hinanden. HAWC vil hjælpe forskere med at bestemme den samlede effekt fra alle disse forskellige kosmiske partikelacceleratorer.
HAWC-dataene indeholder også flere lyse objekter, der er uden for galaksen. Fordi de er så langt væk, skal disse kilder skinne som lyskastere i universet. Nogle er aktive galaktiske kerner, unge galakser, hvis centrale supermassive sorte hul fester på en enorm mængde gas og støv. Når sagen drejer rundt om det sorte hul, bliver det opvarmet, hvilket frigiver kolossale stråler. HAWC har set disse strukturer blusse op med jævne mellemrum, men nøjagtigt hvorfor dette forekommer forbliver ukendt.
Observatoriet håber også at få øje på gammastråler, de mest energiske fænomener i det kendte univers. Tænkt at forekomme, når en supermassiv stjerne kollapser i et sort hul, disse eksplosioner frigiver den samme mængde energi på få sekunder, som vores sol vil gennem hele sit liv. Fordi de er så kortvarige, har det været vanskeligt for forskere at studere dem, men HAWC - som konstant observerer himlen - forventes at se mindst et par om året.
Så er der de virkelig revolutionerende ting, som HAWC potentielt kunne observere. ”Mørk stof ville være den sejeste ting at finde, ” sagde Dingus.
Mens forskere kan se dette mærkelige materiales tyngdekrafteffekter i universet, producerer mørkt stof ingen elektromagnetisk stråling og vises derfor ikke i almindelige teleskoper. Men nogle teoretikere spekulerer i, at partikler med mørkt stof kan styrte ind i hinanden og udslette, en proces, der burde frembringe gammastråler. På steder som dværgkugleformede galakser, der er næsten udelukkende lavet af mørkt stof, bør denne udslettelse konstant forekomme. Indtil videre har ingen set betydelig gammastråling fra disse svage, små galakser, men nye opdages hele tiden, hvilket øger muligheden for endelig at knække et af de største mysterier inden for astronomi op.
Jo længere HAWC stirrer ud i universet, jo dybere og mere detaljerede observationer bliver. Den første kørsel af observatoriet er i øjeblikket planlagt til at afslutte i 2020. ”Men hvis vi ser noget cool, måske vil vi køre i længere tid, ” sagde Dingus.
