Zasięg przestrzenny promieni kosmicznych: oddziaływanie z ośrodkiem międzygwiazdowym

Pytanie o oddziaływania promieni kosmicznych z ośrodkiem międzygwiazdowym i ich wpływ na własności rejestrowanych cząstek można sprowadzić do podstawowego problemu: czy promienie kosmiczne są lokalnym zjawiskiem wewnątrz Galaktyki?

W wypadku składowej elektronowej natychmiastowa odpowiedź brzmi nie, ponieważ dominuje rozkład radiowego continuum, prawie na pewno związanego z promieniowaniem synchrotronowym kosmicznych elektronów poruszających się spiralnie w polu magnetycznym Galaktyki. W rzeczy samej, obserwacje radiowe wskazują na wytwarzanie elektronów w poszczególnych źródłach w różnych częściach Galaktyki, zaobserwowano oczywiście emisję także z innych galaktyk.

Sytuacja z dominującą składową jądrową (p, 9#9, ...) jest bardziej złożona, a odpowiedź na postawione pytanie ściśle wiąże się z ogólnym problemem źródeł promieniowania. Uczynimy w tym miejscu kilka wstępnych uwag. Skalę odległości w Galaktyce z punktu widzenia promieniowania kosmicznego określa promień Larmora ( 10#10), a ponieważ typowe pole w ośrodku międzygwiazdowym wynosi 11#11 12#12G, więc 13#13 parseków (1 parsek = 3 x 10¹⁸ cm 11#11 lata świetlne). Obserwacje cząstek o pędach sięgających 14#14 wskazują, że przynajmniej te cząstki mogą być rozłożone w dużym obszarze ( 15#15, nawet przy 16#16) i wypełniać Galaktykę. Tę argumentację można rozciągnąć na niższe energie, być może do około 10¹⁶ eV, jednak w ważnym obszarze 10⁹-10¹⁰ eV, gdzie 17#17 pc (dla protonów), przestaje ona oczywiście obowiązywać i mogłoby się okazać, że cząstki te są tworzone lokalnie. Można jednak wymienić szereg argumentów na rzecz przeciwnego punktu widzenia:

(i)

Promieniowanie w długich okresach czasu jest niemal stałe (np. zmienia się o mniej niż czynnik 18#18 na przestrzeni 10⁹ lat), w którym to czasie Układ Słoneczny pokonał mniej więcej czwartą część orbity wokół Galaktyki względem ogólnej populacji gwiazdowej.

(ii)

Niewykluczone, że źródła jąder mają podobny rozkład co źródła elektronów, nawet jeśli same źródła nie są identyczne.

(iii)

Wiele cech promieniowania można wyjaśnić za pomocą oddziaływania jąder promieniowania kosmicznego z jądrami ośrodka międzygwiazdowego podczas długich (19#19 lat) przelotów przez rozrzedzony gaz.