宇宙射线相互作用与化学元素的丰度

我们的银河系是已知最大的核相互作用实验，其性质源于宇宙射线粒子与星际介质之间的相互作用。宇宙射线是由银河系内部或外星际加速的粒子，包括质子、电子、更重的原子核及其反粒子。至于能量达到数十TeV的范围内，可以推导宇宙射线的化学丰度。已提出宇宙射线可归因于三个主要来源：a)星际介质中的超新星冲击波，b)前任恒星风中的超新星冲击波，c)强大的射电星系。该假设导向若干定量检验，目前进展鼓舞人心。对运输与相互作用的定量模型与观测数据相吻合。锂、铍、硼在宇宙射线中为次级元素，许多奇数Z元素以及亚铁元素亦是如此。在低能量处，宇宙射线粒子受到电离损失，导致能量分布呈现陡峭的低能截止；所有低于截止能量的粒子被移入热态物质中，而高于截止能量的粒子仍保持为宇宙射线状态。这会改变星际介质中的化学丰度，是锂、铍、硼等多个同位素的主要作用机制。有了对宇宙射线来源的定量理论，值得进一步寻找更精确的碰撞截面，尤其是接近阈值的情形。若能获得更完善的截面数据，星际介质及其化学丰度（包括热态与高能粒子）的理论将迈上重要进步。