HAWC har landet - Observatoriet kartlegger High Energy Sky

HAWC -kart

'En visning av to tredjedeler av hele himmelen med svært høyenergi gammastråler observert av HAWC i løpet av 340 dager med dataopptak mellom november 2014 og november 2015. Tydelig synlig er mange kilder i Melkeveien og de ekstragalaktiske objektene Markarian 421 og 501. Flere kjente stjernebilder er vist som referanse. ' (Bildekreditt: HAWC -samarbeid)

I en avsidesliggende del av ørkenen i Sør -Mexico, på bakken av den sovende vulkanen Sierra Negra, ligger en samling av 300 ståltanker, hver på størrelse med et lite hus. Sammen tar de et område som er litt mindre enn fire fotballbaner. I det ellers ubebodde området ser de glitrende metallkonstruksjonene ut som en futuristisk by som prøvde å slå rot der.



Disse metalltankene utgjør High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory, eller HAWC for kort, som brukes til å kartlegge himmelen i højenergi gammastråler. Det nye kartet avslører et kosmisk landskap som ligner den isolerte ørkenen der HAWCs detektorer gjør sitt hjem, tynt overfylt med lyskilder.

Utgivelsen av HAWCs første komplette himmelkart i forrige måned betydde effektivt at HAWC nå er et deltakende medlem av det observerende samfunnet, og allerede har begynt å utføre en av sine hovedfunksjoner: å varsle andre teleskoper når merkelige og sporadiske utbrudd av gammastråler dukker opp i himmelen. [Gamma-Ray Universe: Bilder av NASAs Fermi-romteleskop]

Kosmiske skattekart

Vanntanker for HAWC -detektoren med Picode Orizaba i bakgrunnen.

Vanntanker for HAWC -detektoren med Picode Orizaba i bakgrunnen.(Bildekreditt: Zig Hampel-Arias, HAWC/WIPAC)

Jordboere som se opp på nattehimmelen se en bakgrunn av svarthet som er overfylt med millioner av lyspunkter, og det uklare båndet til Melkeveien.

HAWCs syn på himmelen er avgjort annerledes. Kartet som ble utgitt av samarbeidet i april viser en himmel som stort sett er mørk; det er bare rundt 40 forskjellige lyskilder, og de fleste av dem står i kø langs planet til Melkeveisgalaksen, som ser lys ut i hvilken som helst bølgelengde, rett og slett på grunn av dens nærhet til jorden.

Jo lengre HAWC observerer himmelen, jo flere kilder vil den oppdage, men et gammarenergikart over himmelen vil aldri se helt ut som den kosmiske skyline som menneskelige øyne ser. Sammenlignet med antall stjerner som utstråler synlig lys, er det bare ikke veldig mange kosmiske objekter som avgir høyenergi gammastråler som HAWC oppdager.

Men kvantitet er ikke alt. Utsikten over himmelen i gammarenergier med høy energi er en del av det kosmiske puslespillet, og uten det er menneskehetens syn på kosmos ufullstendig.

Tenk på de forskjellige typene kart som kan lages av en enkelt by: det er de som viser plasseringen av veier, bygninger, elver og innsjøer; men det er også topologiske kart som viser landets oppgang og fall, eller geologiske kart som avslører materialene begravet under bakken. Kart som viser gass- og kraftledninger er avgjørende for byggeprosjekter - selv om de ikke hjelper folk med å finne veien til matbutikken. Ulike kart kan vise samme sted i et annet lys.

Kart over universet viser den samme plasseringen i bokstavelig talt forskjellige typer lys - det er teleskoper og observatorier som har kartlagt himmelen i omtrent hver bølgelengde av lys : radio, infrarød, optisk, mikrobølgeovn, røntgen og gammastråle HAWC er ikke den første).

HAWCs kart dekker to tredjedeler av nattehimmelen. (Fordi den ligger på bakken, og ikke i verdensrommet, er en del av utsikten blokkert av jorden.) Ingen andre observatorier har noen gang kartlagt en så stor del av himmelen i så høyenergi gammastråler og over slike en lang periode (som lar HAWC plukke opp svakere kilder), sa Brenda Dingus, hovedetterforsker for det amerikanske energidepartementet for HAWC. Å sammenligne plasseringene i HAWCs kart med de samme stedene på kart over andre bølgelengder kan avsløre mer om objektene som lurer der, og prosessene som foregår der. Disse flerbølgelengdeundersøkelsene kan løse mysterier eller skape nye.

Kosmiske akseleratorer

Denne visningen viser hele himmelen i gammastråler, basert på fem års data fra LAT-instrumentet på NASA

Denne visningen viser hele himmelen i gammastråler, basert på fem års data fra LAT-instrumentet på NASAs Fermi Gamma-ray-teleskop. Lysere farger indikerer lysere gammastrålekilder.(Bildekreditt: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

Stjerner og de fleste andre objektene i universet utstråler energi fordi de er varme, sa Dingus til demokratija.eu. Den termiske energien er ansvarlig for det meste av belysningen i universet. Men gammastråler dannes ikke så lett.

'Du kan ikke bare få noe varmt og lage gammastråler,' sa Dingus. 'Du må faktisk ha en partikkelakselerator.'

En slik kosmisk akselerator er en supernova - en massiv stjerne som går tom for drivstoff, kollapser under sin egen vekt og eksploderer. Når stjernemassen kollapser, kan det fallende materialet hoppe av stjernens kjerne og skape en sjokkbølge som smeller gjennom støvskyer i nærheten som en ødeleggende ball. Støvpartiklene blir sparket så hardt at de spytter ut gammastråler. Mens den første eksplosjonen frigjør synlig lys og andre bølgelengder i noen dager, forblir gammastrålene fra sjokkbølgen synlige i århundrer, noe som muliggjør langsiktig studie av restene av supernovaen. [Bilder fra Supernova: flotte bilder av stjerneeksplosjoner]

Når en gammastråle fra en fjern kilde kolliderer med en partikkel i jordens atmosfære, er det som om en partikkel piñata ble sprukket opp: energien fra kollisjonen skaper en dusj av nye partikler (inkludert flere gammastråler). De 300 massive ståltankene som utgjør HAWC -observatoriet ser ikke ut som de fleste instrumenter som observerer kosmos; de ligner ikke et teleskop. Tankene er fulle av renset vann, og når dusjene av partikler farer gjennom H2O, genererer de mer lys, som blir tatt opp av detektorer. Ved å jobbe bakover kan forskere spore banen til den opprinnelige partikkelen.

HAWC er ikke det eneste teleskopet som bruker denne tilnærmingen til å fange gammastråler, men det er for tiden den eneste detektoren av denne typen som undersøker en så stor del av himmelen. Fermi Gamma-ray Space Telescope undersøker også himmelen i gammastråler (ved hjelp av en annen metode), men lyset med høyest energi det samler er femti ganger svakere enn HAWCs maksimum, og HAWC dekker et energiområde som er over 65 ganger større enn hva Fermi dekker.

Til tross for en så bred rekkevidde, avslører HAWCs kart effektivt en kosmisk ørken. Kart i andre bølgelengder-til og med lavere energi gammastrålekart fra Fermi-er frodige med lyskilder og diffus glød. Til sammenligning befolket skaperne av disse kraftige gammastrålene tynt det kosmiske landskapet. Men kvantitet er ikke alt.

Nye funn

Dette fullhimmelkartet fra Planck-oppdraget viser materie mellom jorden og kanten av det observerbare universet. Hvert himmelkart over universet kan avsløre forskjellig informasjon om det samme området. Bilde utgitt 21. mars 2013.

Dette fullhimmelkartet fra Planck-oppdraget viser materie mellom jorden og kanten av det observerbare universet. Hvert himmelkart over universet kan avsløre forskjellig informasjon om det samme området. Bilde utgitt 21. mars 2013.(Bildekreditt: ESA / NASA / JPL-Caltech)

Av de 40 høyenergi gammastrålekildene som er sett på HAWC-kartet, har omtrent 25 prosent ikke blitt sett før i dette bølgelengdeområdet, sa Michelle Hui, forsker ved NASAs Marshall Space Flight Center og medlem av HAWC-samarbeidet. Hui snakket om det nye HAWC -kartet på The American Physical Society April Meeting, som ble holdt i år i Salt Lake City. Møtet samler forskere fra astrofysikk, samt fra partikkel- og kjernefysikk, for å diskutere nåværende trender og nye resultater.

Det er sannsynlig at noen av kildene i det nye HAWC -kartet er assosiert med pulsarer , et annet eksempel på en kosmisk partikkelakselerator, sa Hui. Pulsarer er de tette kjernene av materiale som ofte blir etterlatt etter at en stjerne eksploderer, og deres utrolig sterke magnetfelt og sterke spinning (opptil hundrevis av ganger i sekundet) noen ganger genererer gammastråler .

Mange pulsarer sender også ut radiobølger-den minst energiske formen for lys-helt i den andre enden av spekteret fra gammastråler. Så HAWC-forskere kan konsultere et radiokart over himmelen, og se om deres gammastrålekilder stemmer overens med en kjent pulsar.

'Det blir vårt neste trinn & hellip; å korrelere med de andre bølgelengdene for å se nøyaktig hva som genererer disse højenergifotonene, sa Hui.

En av de mest interessante avsløringene på det nye kartet er et område med kallenavnet 'bøddel', som tidligere har blitt oppdaget av andre gammastrålingsteleskoper, sa Hui. HAWCs kart avslørte at det kan være tre di

stinkte kilder i dette lyspunktet, noe som kan bety oppdagelsen av en helt ny gammastrålesender. [NASAs 10 beste gammastrålekilder i universet]

Varsling!

Universet sett i infrarødt lys, fanget av NASA

Universet sett i infrarødt lys, fanget av NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE).(Bildekreditt: NASA/JPL-Caltech/UCLA)

April, 10 dager før starten av APS-møtet, så HAWC at en kjent gammastrålekilde raskt lysnet i omtrent en dag, og deretter nesten forsvant igjen. Teamet sendte ut en astronomers telegram, som er et varsel som dekker hele samfunnet som lar andre teleskopobservatorier vite om en et sterkt lysglimt vises , eller hvis noe annet rart skjer. HAWC-forskerne vet fremdeles ikke hva som forårsaker oppblussingen.

Dette er en av hovedrollene som HAWC ønsker å tjene, sa Dingus-å være et varslingssystem for å la andre teleskoper få vite når et objekt frigjør et kortvarig utbrudd av gammastråler. Fermi -teleskopet utførte også denne funksjonen i lavere energier.

'Vi har andre [observatorier] som også ser på denne kilden daglig & hellip; med Fermi gammastrålesatellitt i lavere energi gammastråler, ned til røntgenstråler, sa Robert Lauer, forskningsassistent professor i fysikk og astronomi ved University of New Mexico og medlem av HAWC-samarbeidet. pressekonferanse. 'Og så kan vi sammenligne alle disse målingene og se om vi ser den samme typen svingninger og lære mye mer om prosessene og kilden.'

'Du får mye ny informasjon ved å studere variabilitet,' sa Dingus til demokratija.eu. 'Hvis du ser på noe og det forblir det samme hele tiden, kan du lage en teori om det. Men hvis det faktisk endres, legger det til mange flere begrensninger for din teori. '

Utenfor rommet der de tre forskerne diskuterte disse funnene, dukket ytterligere 20 HAWC -medlemmer opp for å heie på kollegene sine. Gangen summer av spenning - det føltes mer som en debut på rød løper enn en vitenskapelig kunngjøring. Men utgivelsen av kartet er en viktig milepæl for eksperimentet.

'Dette er vår kunngjøring om at vi jobber, og vi jobber som annonsert,' sa Dingus til demokratija.eu på APS -aprilmøtet. 'Dette er det første kartet med full detektor. Og det lover at de neste fem årene kommer til å bli veldig spennende. '

Følg Calla Cofield @callacofield . Følg oss @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikkel om demokratija.eu .