用 COSI 对 511 keV 正电子湮灭天空成像

气球载康普顿谱仪与成像仪(COSI)在 2016 年完成了成功的 46 天飞行。该仪器对 $0.2$-$5$ MeV 能段光子敏感。康普顿望远镜具独特成像响应之优势，并提供强背景抑制之可能。凭借其高纯锗探测器，COSI 可精确测绘 $\gamma$ 射线线发射。最强持久且弥漫的 $\gamma$ 射线线信号是来自银心方向电子与正电子湮灭的 511 keV 发射线。虽已提出诸多源以解释正电子量，$\dot{N}_{\mathrm{e^+}} \sim 10^{50}\,\mathrm{e^+\,yr^{-1}}$，其真实贡献仍未解。本研究中，我们旨在用 COSI 对 511 keV 天空成像，并采用全前向建模路径，使用模拟且分箱的成像响应。对强仪器背景，我们描述一经验路径以考量气球环境。我们执行两种替代方法描述信号：Richardson-Lucy 去卷积（一种朝向极大似然解的迭代法）与用预定义发射模板的模型拟合。两法一致地，我们发现 511 keV 核球信号，流量介于 $0.9$ 与 $3.1 \times 10^{-3}\,\mathrm{ph\,cm^{-2}\,s^{-1}}$ 间，确认早前测量，且亦有更延展发射之迹象。我们对 511 keV 盘之上限 $< 4.3 \times 10^{-3}\,\mathrm{ph\,cm^{-2}\,s^{-1}}$ 与先前探测一致。对弱梯度大尺度发射，编码孔径掩模仪器苦于无法区分各向同性发射与仪器背景，而康普顿望远镜提供清晰成像响应，独立于真实发射。