Udara di atas kepala anda masih hidup dengan pancuran yang tidak kelihatan. Zarah kuat dari angkasa sentiasa memukul atmosfer di atas anda, menghasilkan lata subatomik yang menembak ke bawah pada kelajuan cahaya yang dekat. Memikirkan di mana hujan lebat ini berasal dan apa yang mereka beritahu kepada kami tentang alam semesta adalah kerja teleskop Air Terjun Tinggi Cherenkov (HAWC) sebuah teleskop yang terdiri daripada 300 tangki gergasi air yang disucikan yang terletak berhampiran puncak gunung berapi Sierra Negra di Mexico.
Matlamat HAWC adalah untuk mencari fenomena tenaga tertinggi dalam alam semesta; termasuk bintang-bintang eksotik, lubang hitam supermasif, dan memusnahkan perkara gelap. Fenomena seperti ini menghasilkan sinar gamma, foton dengan lebih daripada satu trilion kali tenaga cahaya optik yang kita lihat, dan sinar kosmik, nuklei atom yang dikenakan dengan tenaga sehingga tujuh kali dari proton yang dihancurkan bersama-sama di Large Hadron Collider. Asal-usul kedua-duanya masih terselubung dalam banyak misteri, itulah sebabnya HAWC sentiasa memantau sebahagian besar langit dengan harapan menguraikan beberapa.
Apabila zarah tenaga tinggi-tinggi memasuki atmosfera Bumi dan mengalir ke dalam molekul udara, tindak balas yang dihasilkan menghasilkan zarah subatom baru. Setiap satunya mengandungi tenaga yang sangat besar dan oleh itu mereka terus menghancurkan dan bertindak balas dan menghasilkan lebih banyak zarah dalam longsoran yang semakin meluas yang akhirnya menyebar ke dalam lingkaran kira-kira 100 meter di sepanjang masa ia sampai ke tanah. Pancuran zarah ini melalui tangki teleskop yang bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya di dalam air (iaitu kira-kira tiga suku kelajuannya dalam vakum), yang menghasilkan bersamaan optik dari ledakan sonic-pecah cahaya ultraviolet yang dikenali sebagai radiasi Cherenkov. Dengan mencirikan dengan tepat bagaimana dan ketika zarah-zarah menemui pelbagai tangki air yang telah dimurnikan, para penyelidik dapat menentukan di mana sumber langit terletak.
Kira-kira 20, 000 pancuran seperti itu direkodkan setiap saat di HAWC tetapi hampir semua adalah kosmik, bukan gamma, sinar. Kerana sinaran kosmik dikenakan, laluan penerbangan mereka melalui alam semesta diubah oleh medan magnet, yang bermaksud titik asal mereka tidak dapat ditentukan. Sinar gamma adalah lebih jarang-HAWC melihat kira-kira 1, 000 hari ini-tetapi mereka menunjukkan garis lurus kembali kepada sumber mereka. Teleskop ray gamma sebelum ini biasanya diperlukan untuk ditujukan kepada titik-titik tertentu di langit, selalunya hanya selepas penyelidik telah dimaklumkan kepada beberapa fenomena tenaga tinggi yang berlaku di sana. Kerana HAWC menatap ke alam semesta pada setiap masa, ia mempunyai peluang yang lebih baik untuk mengambil kilauan yang jarang berlaku ini.
Selesai Mac 2015, pemerhatian baru-baru ini mengeluarkan tahun pertama data - peta langit yang mendedahkan kira-kira 40 sumber super terang, ramai dari dalam galaksi Milky Way kami. "Ini bukan bintang-bintang, " kata ahli fizik Brenda Dingus dari Makmal Kebangsaan Los Alamos, jurucakap HAWC.
Kebanyakan sisa supernova, selepas letupan kuat yang berlaku semasa kematian bintang gergasi. Ketika gelombang kejutan dari letupan ini melebar ke luar, mereka meletupkan gas dan debu sekitar pada kelajuan tinggi, menghasilkan sinaran gamma-suatu proses yang dapat diteruskan selama ribuan tahun. Pasukan HAWC berharap dapat menemui sisa-sisa supernova di pelbagai peringkat evolusi mereka dan menggabungkan data mereka dengan data dari teleskop lain yang bekerja pada panjang gelombang yang berbeza untuk memikirkan butiran proses kompleks ini. Kerana sisa-sisa supernova mempunyai medan magnet yang kuat, mereka memerangkap dan mempercepatkan zarah-zarah yang dikenakan, menghasilkan sinaran kosmik. Kebanyakan sinaran kosmik yang kita lihat dianggap berasal dari tempat-tempat seperti ini tetapi mereka juga boleh dihasilkan oleh denyut-denyut-cahaya yang berputar-putar bintang-bintang neutron yang padat memancarkan sinaran radiasi-dan lubang-lubang hitam yang mengorbit satu sama lain. HAWC akan membantu para penyelidik menentukan jumlah output kuasa dari semua pemecut zarah kosmik yang berbeza ini.
Data HAWC juga mengandungi beberapa objek terang yang berada di luar galaksi. Kerana mereka begitu jauh, sumber-sumber ini mesti bersinar seperti lampu sorot di alam semesta. Sesetengahnya adalah nukleus galaksi aktif, galaksi muda yang lubang hitam supermasifnya berpesta pada gas dan habuk yang besar. Memandangkan perkara itu berputar di sekitar lubang hitam, ia menjadi panas, melepaskan radiasi jet yang besar. HAWC telah melihat struktur ini suar secara berkala, tetapi sebenarnya mengapa ini berlaku masih tidak diketahui.
Observatorium itu juga berharap dapat melihat letupan sinar gamma, fenomena paling energik di alam semesta yang diketahui. Pemikiran berlaku apabila bintang supermassive runtuh ke dalam lubang hitam, letupan-letupan ini melepaskan jumlah tenaga yang sama dalam beberapa saat kerana matahari akan sepanjang hidupnya. Oleh kerana mereka begitu bersifat sementara, sukar untuk para saintis mengkaji mereka tetapi HAWC-yang memerhatikan langit sentiasa-dijangka dapat melihat sekurang-kurangnya pasangan setahun.
Maka ada perkara yang benar-benar revolusioner HAWC berpotensi diamati. "Perkara gelap akan menjadi perkara yang paling keren untuk dijumpai, " kata Dingus.
Walaupun saintis dapat melihat kesan graviti bahan pelik ini di alam semesta, bahan gelap menghasilkan radiasi elektromagnetik dan tidak muncul dalam teleskop biasa. Tetapi sesetengah ahli teori membuat spekulasi bahawa zarah-zarah perkara gelap dapat menembusi satu sama lain dan memusnahkan, suatu proses yang harus menghasilkan sinar gamma. Di tempat-tempat seperti galaksi kerdil kerdil, yang dibuat hampir sepenuhnya dari bahan gelap, penghapusan ini harus sentiasa berlaku. Setakat ini, tiada siapa yang melihat radiasi gamma yang ketara yang datang dari galaksi-galaksi yang kecil dan kecil itu, tetapi yang baru ditemui sepanjang masa, menimbulkan kemungkinan akhirnya memecahkan salah satu misteri terbesar dalam astronomi.
HAWC yang lebih lama menonjol ke alam semesta, lebih mendalam dan lebih terperinci pemerhatiannya akan menjadi. Rintisan awal pemerhatian kini dijadualkan berakhir pada tahun 2020. "Tetapi jika kita melihat sesuatu yang sejuk, mungkin kita akan berlari lebih lama, " kata Dingus.
