האוויר מעל הראש חי עם מקלחות בלתי נראות. חלקיקים עוצמתיים מהחלל פוגעים כל הזמן באטמוספרה שמעליך, ויוצרים מפל תת אטומי שיורה כלפי מטה במהירות האור הקרובה. להבין היכן מקורן של זרמים אלה ומה שהם מספרים לנו על היקום הוא תפקידו של מצפה הכוכבים צ'רנקוב (HAWC), טלסקופ המורכב מ -300 טנקים ענקיים של מים מטוהרים שהוצבו ליד פסגת הר הגעש סיירה נגרה במקסיקו.
מטרתו של HAWC היא למצוא את התופעות בעלות האנרגיה הגבוהה ביותר בקוסמוס; כולל כוכבים אקזוטיים, חורים שחורים סופר-מסיביים והשמדת חומר אפל. תופעות כמו אלה מייצרות קרני גאמה, פוטונים עם יותר מטריליון פעמים מהאנרגיה של האור האופטי שאנו רואים איתו, וקרניים קוסמיות, גרעיני אטום טעונים באנרגיות של עד שבע פעמים מהפרוטונים שנפצו יחד בקולדר הדרדר הגדול. מקורם של שניהם נותר אפוף תעלומות רבות, וזו הסיבה ש- HAWC מפקחת ללא הרף על חלק גדול מהשמיים בתקווה לפרום כמה.
כאשר חלקיק בעל אנרגיה גבוהה במיוחד נכנס לאטמוספירה של כדור הארץ ומתרסק במולקולת אוויר, התגובה המתקבלת מייצרת חלקיקים תת-אטומיים חדשים. כל אחד מהם מכיל אנרגיה אדירה ולכן הם ממשיכים לרסק ולהגיב ולייצר יותר חלקיקים במפולת שדרה מתרחבת והולכת, שבסופה מתפשטת במעגל בערך 100 מטר עד שהיא מגיעה לאדמה. מקלחת החלקיקים הזו עוברת במיכלי הטלסקופ שנוסעים מהר יותר ממהירות האור במים (שהיא בערך שלושת רבעי מהירותה בוואקום), ויוצרת את המקבילה האופטית לבום קולני - פרץ של אור אולטרה סגול המכונה קרינת צ'רנקוב. על ידי אפיון בדיוק כיצד ומתי החלקיקים נתקלים במערך של מיכלי מים מטוהרים, החוקרים יכולים לקבוע היכן נמצא בשמיים המקור.
בערך 20, 000 מקלחות כאלה מוקלטות בכל שנייה ב- HAWC אך כמעט כולם קרניים קוסמיות, ולא גמא. מכיוון שקרניים קוסמיות טעונות, נתיב הטיסה שלהם ביקום משתנה על ידי שדות מגנטיים, כלומר לא ניתן לקבוע את נקודות המוצא שלהם. קרני הגמא נדירות בהרבה - HAWC רואה כאלף כאלה ביום - אך הן מצביעות בקו ישר חזרה למקורותיהן. בדרך כלל היה צורך לכוון טלסקופים של קרני גאמה לנקודות ספציפיות בשמיים, לרוב רק לאחר שהחוקרים קיבלו התראה על כמה תופעות אנרגיה גבוהה המתרחשות שם. מכיוון ש- HAWC בוהה אל היקום בכל עת, יש לה סיכוי טוב יותר להרים את ההבזקים הנדירים האלה.
המצפה שהושלם במארס 2015, שחרר לאחרונה את שנת הנתונים הראשונה שלו - מפה של שמיים וחשפה כ 40 מקורות סופר-בהירים, רבים מתוך גלקסיית שביל החלב שלנו. "אלה לא כוכבי מטחנה", אמרה הפיזיקאית ברנדה דינגוס מהמעבדה הלאומית של לוס אלמוס, דוברת HAWC.
רובם הם שרידי סופרנובה, בעקבות הפיצוץ העוצמתי שמתרחש במהלך מותו של כוכב ענק. כאשר גלי ההלם מהפיצוצים הללו מתרחבים כלפי חוץ, הם מתרסקים בגז ואבק שמסביב במהירות גבוהה, ויוצרים קרינת גמא - תהליך שיכול להימשך אלפי שנים. צוות HAWC מקווה לגלות שרידי סופרנובה בשלבים שונים של התפתחותם ולשלב את הנתונים שלהם עם נתונים מטלסקופים אחרים העובדים באורכי גל שונים כדי להבין את פרטי התהליך המורכב הזה. מכיוון שלשאריות סופרנובה יש שדות מגנטיים עוצמתיים, הם לוכדים ומזרזים חלקיקים טעונים, ויוצרים קרניים קוסמיות. רוב הקרניים הקוסמיות שאנו רואים נחשבות שמקורן במקומות כאלה, אך ניתן לייצר אותן גם על ידי פולסרים - מסתובבים במהירות כוכבי נויטרונים סופר-צפופים הפולטים קרן קרינה - וחורים שחורים המקיפים זה את זה. HAWC יסייע לחוקרים לקבוע את תפוקת הכוח הכוללת של כל מאיצי החלקיקים הקוסמיים השונים.
נתוני HAWC מכילים גם מספר עצמים בהירים שנמצאים מחוץ לגלקסיה. מכיוון שהם כל כך רחוקים, מקורות אלה בוודאי מאירים כמו זרקורים ביקום. חלקם הם גרעינים גלקטיים פעילים, גלקסיות צעירות שהחור השחור-סופר-מסיבי שלהן חוגג על שפע ענק של גז ואבק. כאשר העניין מסתובב סביב החור השחור, הוא מתחמם ומשחרר מטוסי קרינה אדירים. על ידי HAWC מבנים אלה מתלקחים מדי פעם, אך בדיוק הסיבה לכך מתרחשת לא ידועה.
המצפה מקווה גם לאתר פרצי קרני גאמא, התופעות האנרגטיות ביותר ביקום הידוע. מחשבה להתרחש כאשר כוכב סופר-מסיבי מתמוטט לחור שחור, הפיצוצים הללו משחררים את אותה כמות אנרגיה תוך מספר שניות כמו שהשמש שלנו תעבור לאורך כל חייה. מכיוון שהם כל כך ארעיים, קשה היה למדענים ללמוד אותם, אך HAWC - המתבונן בשמיים כל הזמן - צפוי לראות לפחות זוג בשנה.
יש את הדברים המהפכניים באמת ש- HAWC יכול היה לראות. "חומר אפל יהיה הדבר הכי מגניב למצוא", אמר דינגוס.
בעוד שמדענים יכולים לראות את השפעות הכבידה של חומר מוזר זה ביקום, החומר האפל אינו מייצר קרינה אלקטרומגנטית ולכן אינו מופיע בטלסקופים רגילים. אך כמה תיאורטיקנים משערים כי חלקיקי חומר אפל עלולים להתנגש זה בזה ולהשמיד, תהליך שאמור לייצר קרני גאמה. במקומות כמו גלקסיות כדוריות ננסיות, העשויות כמעט כולן מחומר אפל, השמדה זו צריכה להיות כל הזמן. עד כה איש לא ראה קרינת גמא משמעותית המגיעה מהגלקסיות הקטנות והקלות הללו, אך חדשות מתגלות כל הזמן, מה שמעלה את האפשרות לפצח סוף סוף את אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה.
ככל שה- HAWC מביט החוצה ביקום, תצפיותיו עמוקות ומפורטות יותר. הריצה הראשונית של המצפה אמורה להסתיים ב 2020. "אבל אם נראה משהו מגניב, אולי נרוץ יותר זמן", אמר דינגוס.
