由成分揭示的银河系宇宙线起源

银河系宇宙线（GCRs）被认为在由大质量恒星风与扫过星际介质的超新星爆发所驱动的强激波中加速。但宇宙线所提取自的星际介质相至今仍不明朗。此处，我们详细研究由 AMS-02、Voyager 1 与 SuperTIGER 实验近期测量推得的 GCR 源成分，以获取关于 GCR 源储层的成分、电离态与尘埃含量的信息。我们表明，CR 物质的挥发性元素主要从温度高于 $\sim 2$ MK 的等离子体加速，这典型于由大质量恒星风与超新星爆发活动所赋能的星系超泡中的热介质。另一 GCR 成分负责 $^{22}$Ne 的过量，很可能来自大质量恒星风在其终止激波中的加速。由 CR 相关的银河系 $\gamma$ 射线光度，我们估计超新星激波与风终止激波中的离子加速效率约为 $10^{-5}$。GCR 源成分也显示了对含于星际尘埃中难熔元素的优先加速证据。我们提出 GCR 难熔元素同样产生于超泡中，来自尘埃颗粒的激波加速及随后溅射，这些颗粒通过嵌入分子云的热蒸发持续并入热等离子体。我们的模型良好解释了从 H 到 Zr 所有原初与大部分原初 CRs 的测得丰度，包括 $^{22}$Ne 的过量。