银河系带电宇宙线的天体物理学

本文综述了银河宇宙线带电成分的主要性质，这些粒子在地球上被探测到，能量范围从数十 MeV 直至约 10^19 eV。在对该主题进行简短介绍和历史回顾之后，针对不同能段讨论了宇宙线的性质。从理论角度处理了原子核在银河系中的起源与传播。讨论了超新星遗迹加速原子核以及原子核随后通过银河磁场不均匀性扩散的机制，并就反物质通量的预言和观测给出了一些线索，这些反物质既来自天体物理源，也来自银河晕中的暗物质湮灭。描述了在地球上探测宇宙线所用的实验技术和仪器。直接方法通过气球或卫星搭载的实验可达 10^14 eV，而在此能量之上，由于其极低的通量，宇宙线只能通过利用它们在大气中产生的粒子级联进行间接研究。讨论了银河宇宙线能谱中观测到的特殊特征，特别是约在 4x10^15 eV 处的所谓“膝”的可能物理解释。有一节专门讨论约 10^18 至 10^19 eV 之间的区域，该区域被认为承载着银河宇宙线与河外宇宙线之间的过渡。结论部分给出了宇宙线天体物理学领域的一些展望。得益于大量不同的实验，这一研究领域正经历着一个非常繁荣的时期。无论是在理论还是仪器方面，活动都令人兴奋，并且它与天文学、天体物理学和粒子物理学的相互联系正经历着持续的增长。