宇宙场所中的粒子加速——我们对宇宙射线理解中的天体物理学问题

探索等离子体条件和受激粒子加速的实验室实验可以阐明宇宙粒子加速过程的某些方面。在此，我们讨论了宇宙射线候选源天体的多样性，以及关于其粒子加速特性已了解的内容。我们指出了天体物理学家讨论中存在的未解决问题。——宇宙射线微分强度谱是一个相当平滑的幂律谱，在“膝”（约10^15 eV）和“踝”（约3×10^18 eV）处有两个拐折。目前尚不清楚这些拐折是与不同主导源之间的界限有关，还是与宇宙射线传播的特性有关。我们认为银河系源主导能量直至10^17 eV甚至更高，而最高能量宇宙射线的河外起源与银河系贡献在整个10^15–10^18 eV范围内相当平滑地融合。脉冲星和超新星遗迹是银河系宇宙射线产生的主要候选者，而活动星系核被认为是产生河外起源超高能宇宙射线的最佳候选者。加速过程与来自高能天体（如超新星爆发或物质吸积到黑洞上）的剧烈物质抛射所产生的激波有关。这种加速的细节难以处理，因为相对论性粒子会改变激波结构，简单的近似或微扰计算并不令人满意。这正是期望实验室等离子体实验能够做出贡献的地方，以阐明在此类条件下发生的非线性过程。