La composition élémentaire et le comportement dépendant de l'énergie des rayons cosmiques, y compris les anomalies dans les noyaux lourds.La composition des rayons cosmiques désigne l'abondance relative des différents noyaux atomiques et particules qui constituent les rayons cosmiques—des particules de haute énergie provenant de l'espace qui bombardent constamment la Terre. Ces particules sont principalement des protons (noyaux d'hydrogène) et des particules alpha (noyaux d'hélium), mais comprennent également des noyaux plus lourds jusqu'au fer et au-delà, ainsi que des électrons et des positrons. La composition n'est pas uniforme ; elle varie avec l'énergie et peut révéler les sources et les mécanismes d'accélération de ces particules.
La découverte des rayons cosmiques est attribuée à Victor Hess en 1912, qui a constaté que le rayonnement augmentait avec l'altitude. L'étude détaillée de leur composition a commencé au milieu du XXe siècle avec l'avènement des détecteurs de particules sur des ballons à haute altitude et plus tard dans l'espace.
Les rayons cosmiques sont détectés indirectement par les gerbes de particules secondaires qu'ils produisent lorsqu'ils frappent l'atmosphère terrestre, ou directement par des détecteurs sur des satellites et des ballons. En mesurant la charge et la masse des particules individuelles, les scientifiques peuvent déterminer la composition élémentaire. Des anomalies, telles que la surabondance de certains noyaux à Z impair (comme l'azote, le fluor ou le sodium) à des énergies spécifiques, fournissent des indices sur les processus de nucléosynthèse dans leurs sources, comme les supernovae ou les pulsars.
Comprendre la composition des rayons cosmiques est crucial pour interpréter les données des expériences de physique des particules, pour évaluer les risques de radiation pour les astronautes et l'électronique dans l'espace, et pour étudier le milieu interstellaire et l'évolution stellaire.
L'abondance de certains noyaux lourds dans les rayons cosmiques, comme le titane, est beaucoup plus élevée que dans le système solaire, ce qui suggère qu'ils proviennent de matériaux fraîchement synthétisés dans des restes de supernova récents, comme discuté dans l'article « Titane dans les rayons cosmiques ».
| r | variable | radial coordinate (distance from center) — rayon metre |
| M(r) | variable | enclosed mass within radius r — masse kilogram |
| k | variable | constant of motion (related to energy per unit mass) — specific energy metre squared per second squared |
| G | constante | Newtonian constant of gravitation, fundamental strength of gravity — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| ˙ | opérateur | derivative with respect to time — dérivée temporelle |
| [X/Y] | variable | logarithmic abundance ratio relative to solar — rapport d'abondance |
| n_X | variable | number density of element X — number density per cubic metre |
| n_Y | variable | number density of element Y — number density per cubic metre |
| (n_X/n_Y)_⊙ | variable | solar ratio of number densities — number density ratio |
| log10 | opérateur | base-10 logarithm — logarithme décimal |
