宇宙线如何、在何处以及何时达到超高能

理解超高能宇宙线（UHECRs）——其能量超过 $10^{20}~{\rm eV}$——的起源，将粒子加速物理推向了极限。在本综述中，我们讨论如何达到这样的能量，所用的一般性论证往往可以粗略估算得出。我们探讨可能的粒子加速机制，特别关注激波加速。基于所得论证，我们讨论 UHECRs 可能来自何处，以及哪些类型的强有力天体物理对象可能成为 UHECR 源；总体上，我们倾向于射电星系、伽马射线暴余辉以及其他不太致密且在大尺度上耗散巨量能量、从而能在宇宙线不发生限制性损失的情况下产生大乘积 $\beta B R$ 的源。最后，我们通过强调源变异性的重要性来讨论 UHECRs 何时被加速，并探讨一个引人入胜的可能性：UHECR 到达方向部分源于本地宇宙中磁结构的“回声”。