目に見えないシャワーで頭上の空気が生きています。 宇宙からの強力な粒子が絶えずあなたの上の大気に衝突して、光速に近い速度で下方に飛ぶ亜原子カスケードを生成します。 これらの豪雨がどこから発生し、宇宙について私たちに何を語っているかを解明することは、メキシコのシエラネグラ火山の頂上近くに置かれた300個の巨大な精製水タンクからなる望遠鏡である高高度水チェレンコフ（HAWC）観測所の仕事です。
HAWCの目標は、宇宙で最もエネルギーの高い現象を見つけることです。 エキゾチックな星、超巨大ブラックホール、暗黒物質の消滅などが含まれます。 これらの現象は、ガンマ線、私たちが見る光のエネルギーの1兆倍以上の光子、および宇宙線、大きなハドロン衝突型加速器で衝突した陽子の最大7倍のエネルギーを持つ荷電原子核を生成します。 両方の起源は多くの謎に包まれたままです。そのため、HAWCは、いくつかを解明することを期待して、空の大部分を常に監視しています。
超高エネルギーの粒子が地球の大気に入り、空気分子に衝突すると、結果として生じる反応により新しい亜原子粒子が生成されます。 これらのそれぞれには途方もないエネルギーが含まれているため、地面に到達するまでに約100メートルの円を描くように広がる雪崩の中で、破壊と反応を続け、より多くの粒子を生成し続けます。 このパーティクルシャワーは、水中の光の速度（真空中の速度の約4分の3）よりも速く移動する望遠鏡のタンクを通過し、ソニックブーム（チェレンコフ放射として知られる紫外線のバースト）に相当する光学を作り出します。 粒子が精製水槽の配列にいつどのように遭遇するかを正確に特徴付けることにより、研究者は天空のどこに水源があるのかを判断できます。
HAWCでは毎秒約20, 000のそのようなシャワーが記録されていますが、ほとんどすべてがガンマ線ではなく宇宙線です。 宇宙線は帯電しているため、宇宙を通る飛行経路は磁場によって変化します。つまり、それらの原点は特定できません。 ガンマ線ははるかにまれです（HAWCは1日に約1, 000個を見ます）が、それらは線源に戻る直線を指します。 以前のガンマ線望遠鏡は、通常、空の特定のスポットに照準を合わせる必要がありました。これは、多くの場合、研究者がそこで発生するいくつかの高エネルギー現象に注意を向けた後にのみです。 HAWCは常に宇宙を見つめているため、これらのまれな閃光を拾う可能性が高くなります。
2015年3月に完成した天文台は、最初の1年のデータを公開しました。これは、天の川銀河内にある約40の超高輝度光源を明らかにする空の地図です。 「これらは、常軌を逸したスターではありません」と、ロスアラモス国立研究所の物理学者ブレンダ・ディンガス、HAWCのスポークスマンは言った。
ほとんどは超新星残骸であり、巨大な星の死の間に起こる強力な爆発の余波です。 これらの爆発による衝撃波が外側に広がると、周囲のガスやほこりに高速で衝突し、ガンマ線を生成します。これは何千年も続くプロセスです。 HAWCチームは、進化のさまざまな段階で超新星残骸を発見し、それらのデータを異なる波長で動作する他の望遠鏡からのデータと組み合わせて、この複雑なプロセスの詳細を把握したいと考えています。 超新星残骸には強力な磁場があるため、荷電粒子を閉じ込めて加速し、宇宙線を作り出します。 私たちが目にする宇宙線のほとんどは、そのような場所で発生すると考えられていますが、パルサー、つまり放射ビームを放射する超高密度の中性子星、および互いに周回するブラックホールによって生成されることもあります。 HAWCは、研究者がこれらすべての異なる宇宙粒子加速器の総出力を決定するのに役立ちます。
HAWCデータには、銀河の外側にあるいくつかの明るいオブジェクトも含まれています。 それらは遠くにあるため、これらの光源は宇宙の投光照明のように輝いているに違いありません。 いくつかは活発な銀河核、若い超銀河であり、その中心の超大質量ブラックホールは巨大なガスと塵の過剰な量を食べています。 物質がブラックホールの周りを回転すると、それが加熱され、巨大な放射ジェットが放出されます。 HAWCはこれらの構造が定期的に燃え上がるのを見てきましたが、これが発生する正確な理由は不明のままです。
天文台はまた、既知の宇宙で最もエネルギッシュな現象であるガンマ線バーストを発見することを望んでいます。 超大質量星がブラックホールに崩壊するときに発生すると考えられていますが、これらの爆発は、太陽がその生涯にわたって持続するのと同じ数秒で同じ量のエネルギーを放出します。 科学者たちは非常に一時的であるため、研究することは困難でしたが、空を絶えず観測しているHAWCは少なくとも年に2、3回見られると予想されています。
次に、HAWCが潜在的に観察できる真に革命的なものがあります。 「ダークマターは見つけるのに最もクールなものです」とディンガスは言った。
科学者はこの奇妙な物質の宇宙での重力効果を見ることができますが、暗黒物質は電磁放射を生成しないため、通常の望遠鏡には現れません。 しかし、一部の理論家は、暗黒物質の粒子が互いに衝突して消滅し、ガンマ線を生成するはずのプロセスであると推測しています。 ほぼ完全に暗黒物質でできているd小回転楕円体銀河のような場所では、この消滅は絶えず起きているはずです。 これまでのところ、これらのかすかな小さな銀河から大きなガンマ線が放射されるのを誰も見ていませんが、新しい銀河が常に発見されており、天文学の最大の謎の1つを最終的に解き放つ可能性を高めています。
HAWCが宇宙を見つめる時間が長ければ長いほど、その観測はより深くより詳細になります。 天文台の最初の実行は現在2020年に終了する予定です。「しかし、クールなものが見られたら、もっと長く実行するかもしれません」とDingusは言いました。
