一个尚未解开的宇宙谜团
以下文章泉源于道理 ，作者Deer
道理 科学，照亮暗中的烛炬。
宇宙无时无刻满盈着庞大的能量发作。白矮星、中子星、黑洞等活泼致密天体是孕育发生高能天体物理征象的泉源，而宇宙射线、伽马射线和高能中微子这些粒子流则作为这些庞大能量的载体，从孕育发生的星系中脱离，穿过星系际介质，再进入我们的星系，终极冲向地球。
宇宙无时无刻满盈着庞大的能量发作。白矮星、中子星、黑洞等活泼致密天体是孕育发生高能天体物理征象的泉源，而宇宙射线、伽马射线和高能中微子这些粒子流则作为这些庞大能量的载体，从孕育发生的星系中脱离，穿过星系际介质，再进入我们的星系，终极冲向地球。
在上述的三种载体中，宇宙射线最为常见，它由约99%的质子和原子核构成，也是近些年来天文研究的热门。
密度的气体分子构成的近地大气，这里的“高密度”是相对付宇宙中约莫每平方厘米1个氢原子的均匀密度而言的。大气中气体分子的密度使得离子（即带电粒子）的均匀自由程特别地小，换句话说，那些进入近地大气的宇宙射线会被气体分子快速捕获。这也同时使得进入近地大气的宇宙射线产生再电离的大概性变得微乎其微。
当它们到达地面时，已经成了能量极低的粒子流，是以很难被检测到。
宇宙射线颠末大气时会产生庞大的反响，终极酿成能量极低的粒子流。/ CERN
1912年，美籍奥地利裔天文物理学家维克多·海斯（Victor Hess）乘坐热气球飞行到离地面5.3km的高度，乐成探测到了宇宙射线。他是人类汗青上第一个探测到宇宙射线的人，这一成绩也让他得到了1936年诺贝尔物理奖。
现现在，我们已经拥有了很多观察基地，好比坐落在阿根廷的皮埃尔·俄歇天文台，以及数不清的卫星，让科学家更好地研究宇宙射线。
这些技能上的前进，让科学家可以或许更全面地相识宇宙。然而，随着我们对宇宙射线的深入相识，却发觉了更多的谜题。
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1966年，格里森（Greisen）、泽塔斯宾（Zetsepin）和克苏敏（Kuzmin）三位科学家分别同时盘算出了理论上宇宙射线的能量上限，也便是所谓的GZK极限（GZK limit）。他们总结出，任何宇宙射线的能量都不克不及凌驾5 × 10¹⁹eV这个临界值。
这个盘算是基于宇宙射线单纯由高能质子构成的假设（这一假设险些不会对真实效果造成影响），而这些高能质子会与布满在空间中的微波光子产生作用。这些光子现在被称为宇宙微波配景（CMB）辐射，它们是宇宙大爆炸的遗迹。它们能量极低，只有约10⁻⁴ eV，与质子的能量相比险些可以纰漏不计。是以，高能质子与CMB光子的碰撞，就比如地球撞乒乓球。
但是，当质子的能量太甚庞大的时间，这个反响就会变得玄妙起来。它涉及相对论效应和量子场论的相干物理。简洁来说，当质子的能量凌驾了GZK极限后，一系列庞大的高能物理反响便会产生，导致的效果即是，质子的能量会被消耗到GZK极限之下。
换句话说，能量凌驾GZK极限的质子无法在宇宙中长期存在，它们的能量会很快被低落到GZK极限之下。这即是这一理论的由来。
然而，和许多的物理理论一样，这个理论并不完备。早在1962年，也便是在这一极限被盘算出来前，麻省理工学院火山牧场区观察站（Volcano Ranch Station）就曾检测到凌驾GZK极限的宇宙射线。
在已往的六十多年间，固然绝大多数被检测到的宇宙射线都具有远低于GZK极限的能量，但能量凌驾它的宇宙射线也一向存在。这些能量凌驾GZK极限的宇宙射线，便被称为超高能宇宙射线（UHECR）。
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理论与试验观察的辩论一向是办理物理题目、提出新理论的动力，尤其是当理论看起来自作掩饰，而观察看似也没有失误的时间。是以，这些超高能宇宙射线的泉源是什么，天然成为了物理学家们急迫想知道答案的一个题目。这正是现现在天体物理学和宇宙学的研究中最紧张的开放题目之一。
现今，比力广为担当的“候选者”包罗但不限于：伽马运动星系核（AGN）、星爆星系（SBG），以及嵌入磁场中的黑洞。不少论文对此举行过商议，论证了这些体系孕育发生超高能射线的历程，并提供了细致的理论架构。简洁来说，这些天文征象之以是被以为能天生超高能量的宇宙射线，是由于它们会对射线举行二次加快。
岂论是AGN照旧SBG，它们活泼的星体部门都只能将质子加快到一个较高、却仍远低于GZK极限的能量；然而，在这些质子马上脱离地点的星系时，一些产生在星际介质与星系周介质的相对论效应打击波所孕育发生的超等风，会对马上脱离星系的质子二次加快。这些打击波每每拥有着极高的马赫数（即等离子流体速率与介质中声速的比值。当马赫数大于1时，我们称之为超声波）。如许的二次加快历程，使得UHECR的孕育发生酿成了大概。
M82星系，望远镜曾捕获到这个星系履历恒星形成的发作时产生了什么
固然，以上只黑白常大略的形貌，现实情形将会涉及很多非常庞大的物理改变历程。并且，因为上述的几种泉源都是存在于银河系外，现在还很难对它们举行细致的观察。即便天文学家可以得到部门观察数据，也是颠末了种种消耗的不全面的数据。
现现在的主流研究要领是举行超等盘算机模仿，借助星系演化理论、磁流体（MHD）理论和等离子物理等理论，给予一系列庞大的偏微分方程初始值，再使用超等盘算机对此举行数值盘算，从而得到模仿的数据效果。在此虽寥寥数语，这倒是很多科研职员连续数十年来每天的事情。
到现在为止，人们还没有得到破解超高能宇宙射线隐秘的终极答案。然而，正如历代巨大的物理学家一样，我们人类从来没制止过实验查找题目的答案。
这大概即是物理学能让人云云着迷的缘故原由吧。
