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利用 20 年 INTEGRAL/SPI 观测数据对正电子湮灭谱线进行成像

高能天体物理现象 2025-10-29 v3

摘要

511 keV 处的 e+^+ e^- 湮灭谱线为研究银河系中正电子的分布和起源提供了独特的探针。INTEGRAL 上的 SPI 光谱仪已经对该伽马射线谱线进行了二十年的观测。我们分析了 20 年的 INTEGRAL/SPI 观测数据,以生成迄今为止最灵敏的 511 keV 谱线发射全天图,旨在揭示新特征并提供已知源的精确测量。我们使用 RL 算法进行图像反卷积,并采用自助法分析来评估感兴趣区域通量的统计不确定性。同时也考虑了参数选择中的系统不确定性。我们利用 GPU 加速来实现这种计算密集型分析。重建后的图像成功恢复了模型拟合研究中报告的基本形态特征:明亮的中心分量、宽阔的凸起,以及沿银道面的拉长盘状分量。我们还报告了重建图像中新空间特征的线索,包括宽阔凸起发射中的不对称结构,以及可能与 Sco-Cen 和其他 OB 星协中大质量恒星相关的 511 keV 发射。尽管这些新特征的显著性处于边缘水平(2σ\sim 2\sigma),但它们在空间上与该区域大质量恒星的 26^{26}Al 发射一致,表明该 511 keV 发射源于其 β+\beta^{+} 衰变。我们的 20 年数据集提供了迄今为止最详细的 511 keV 发射图,再现了模型拟合方法中建议的全球结构,同时揭示了新空间特征的线索。这些发现为银河系正电子的起源和低能正电子在星际介质中的传播提供了见解。未来的 MeV 伽马射线观测(如 COSI)有望证实所报告的特征,并进一步阐明银河系中正电子的性质。

关键词

引用

@article{arxiv.2509.01066,
  title  = {Imaging the positron annihilation line with 20 years of INTEGRAL/SPI observations},
  author = {Hiroki Yoneda and Thomas Siegert and Saurabh Mittal},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.01066},
  year   = {2025}
}

备注

18 pages, 20 figures, accepted for publication in A&A