Supernova 1987A.
Zloženie kozmických lúčov sa pohybuje od nehmotných fotónov cez neutrína, elektróny a protóny až po atómové jadrá tak ťažké, ako je olovo.
Supernova 1987A.
Čierna diera v centre galaxie NGC4261C.
Zdroje väčšiny kozmických lúčov, ktoré dosiahnu Zem, sú veľmi dobre známe, a zahŕňajú Slnko, supernovy, neutrónové hviezdy a čierne diery. Čo sa týka najenergetickejších, však ešte stále nevieme nič o ich pôvode. Jediná vec, ktorá sa zdá byť istá, je, že musia prichádzať spoza hraníc našej galaxie.
Ale kozmické lúče sú nepredpovedateľné a s príchodom časticových urýchľovačov väčšina výskumu v časticovej fyzike sa premiestnila do laboratórií ako CERN. Fyzika kozmických lúčov je však stále dôležitá kvôli energiám ďaleko za dosahom urýchľovačov.
V súčasnosti je hlavným cieľom štúdia kozmických lúčov získať informácie o zdrojoch týchto častíc, urýchľovacích mechanizmoch a šírení sa kozmických lúčov cez galaxiu. Fyzici tiež dúfajú, že vo vysokoenergetických zrážkach kozmických lúčov by mohli byť objavené nové častice, ktoré potrebujú príliš veľa energie, čo sa týka ich vytvorenia v laboratórnych podmienkach. Na druhej strane kozmického výskumu sa analyzujú kozmické lúče z jednotlivých zdrojov, aby sme sa dozvedeli o tom, čo sa deje v ich vnútri.
Jedným špecifickým cieľom je identifikovať častice, ktoré vo vesmíre vytvárajú záhadnú tmavú hmotu (Dark Matter). Vieme, že viditeľná hmota predstavuje sotva 10% všetkej hmoty vo vesmíre, ale zatiaľ nevieme, z čoho je tvorených zvyšných 90%! Výskum kozmických lúčov naznačuje, že nepolapiteľné neutrína by mohli mať nepatrnú hmotnosť. Ak by to tak bolo, mohli by predstavovať významnú časť tmavej hmoty jednoducho preto, lebo ich existuje tak veľa.
Ešte inou úlohou fyziky kozmických lúčov je preskúmať objav, že vesmír je, podľa všetkého, úplne tvorený hmotou, a neobsahuje takmer žiadnu antihmotu. Iba jediný antiatóm, napríklad antikyslík, zaregistrovaný v kozmických lúčoch by bol dôkazom toho, že vo vesmíre musí existovať veľká oblasť antihmoty, pretože antihviezdy sú potrebné na vyprodukovanie takého jedinečného antiatómu. Zatiaľ žiadne také antiatómy neboli nájdené a fyzici sú presvedčení, že asymetria medzi hmotou a antihmotou vznikla z prednostného výberu hmoty prírodou.
Vo všetkých týchto otázkach hrajú fyzika kozmických lúčov a skúmanie na urýchľovačoch v laboratóriách navzájom doplňujúce role.
Väčšina častíc kozmického žiarenia má energie do niekoľkých milión elektrónvoltov, 106 eV, čo je hodnota ľahko dosiahnuteľná časticovými urýchľovačmi. Nedávno však boli objavené kozmické lúče s energiami tak vysokými, ako je 1020 eV. To je obrovské množstvo energie, asi sto milión krát väčšie než možno dokonca dosiahnúť na najvýkonnejšom urýchľovači častíc. Takže takéto kozmické lúče tvoria novú vlnu záujmu vo fyzike kozmických lúčov. Aj keď zatiaľ sú energie týchto častíc ďaleko za tými, ktoré sú dostupné na urýchľovačoch, ich množstvo je nesmierne malé. Navyše pre energiu 1018 eV očakávame iba jednu časticu na kilometer štvorcový zemskej atmosféry za týždeň. Pre 1020 eV očakávame, že len jedna častica dopadne na každý kilometer štvorcový za 100 rokov!
Je ťažké si predstaviť, odkiaľ také vysokoenergetické častice mohli prísť. Vedci ponúkajú vysvetlenie ako supersilné kozmické explózie, masívne čierne diery a ešte doteraz neznáme gigantické pozostatky z ranného vesmíru. Je veľmi pravdepodobné, že tieto vysokoenergetické kozmické lúče skrývajú tajomstvo o vývoji a možno dokonca o vzniku vesmíru.
