The signature of positron annihilation, namely the 511 keV $\gamma$-ray line, was first detected coming from the direction of the Galactic center in the 1970's, but the source of Galactic positrons still remains a puzzle. The measured flux of the annihilation corresponds to an intense steady source of positron production, with an annihilation rate on the order of $\sim10^{43}$~e$^{+}$/s. The 511 keV emission is the strongest persistent Galactic $\gamma$-ray line signal and it shows a concentration towards the Galactic center region. An additional low-surface brightness component is aligned with the Galactic disk; however, the morphology of the latter is not well constrained. The Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a balloon-borne soft $\gamma$-ray (0.2--5 MeV) telescope designed to perform wide-field imaging and high-resolution spectroscopy. One of its major goals is to further our understanding of Galactic positrons. COSI had a 46-day balloon flight in May--July 2016 from Wanaka, New Zealand, and here we report on the detection and spectral and spatial analyses of the 511 keV emission from those observations. To isolate the Galactic positron annihilation emission from instrumental background, we have developed a technique to separate celestial signals utilizing the COMPTEL Data Space. With this method, we find a 7.2$\sigma$ detection of the 511 keV line. We find that the spatial distribution is not consistent with a single point source, and it appears to be broader than what has been previously reported.

中文翻译：

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用 COSI 探测 511 keV 银河正电子湮灭线

正电子湮灭的特征，即 511 keV $\gamma$ 射线线，在 1970 年代首次被检测到来自银河系中心的方向，但银河系正电子的来源仍然是一个谜。测量到的湮灭通量对应于强稳定的正电子产生源，湮灭率约为 $\sim10^{43}$~e$^{+}$/s。511 keV 发射是最强的持续性银河 $\gamma$ 射线线信号，它显示出向银河中心区域的集中。一个额外的低表面亮度分量与银盘对齐；然而，后者的形态并没有受到很好的约束。康普顿光谱仪和成像仪 (COSI) 是一种气球携带的软 $\gamma$ 射线 (0. 2--5 MeV) 望远镜设计用于执行宽视场成像和高分辨率光谱。其主要目标之一是进一步加深我们对银河正电子的理解。COSI 于 2016 年 5 月至 2016 年 7 月从新西兰瓦纳卡进行了为期 46 天的气球飞行，在此我们报告了对这些观测结果中 511 keV 发射的检测以及光谱和空间分析。为了从仪器背景中分离出银河正电子湮灭发射，我们开发了一种利用 COMPTEL 数据空间分离天体信号的技术。使用这种方法，我们发现 511 keV 线的 7.2$\sigma$ 检测。我们发现空间分布与单点源不一致，而且它似乎比以前报道的更广泛。COSI 于 2016 年 5 月至 2016 年 7 月从新西兰瓦纳卡进行了为期 46 天的气球飞行，在此我们报告了对这些观测结果中 511 keV 发射的检测以及光谱和空间分析。为了从仪器背景中分离出银河正电子湮灭发射，我们开发了一种利用 COMPTEL 数据空间分离天体信号的技术。使用这种方法，我们发现 511 keV 线的 7.2$\sigma$ 检测。我们发现空间分布与单点源不一致，而且似乎比以前报道的更广泛。COSI 于 2016 年 5 月至 2016 年 7 月从新西兰瓦纳卡进行了为期 46 天的气球飞行，在此我们报告了对这些观测结果中 511 keV 发射的检测以及光谱和空间分析。为了从仪器背景中分离出银河正电子湮灭发射，我们开发了一种利用 COMPTEL 数据空间分离天体信号的技术。使用这种方法，我们发现 511 keV 线的 7.2$\sigma$ 检测。我们发现空间分布与单点源不一致，而且它似乎比以前报道的更广泛。为了从仪器背景中分离出银河正电子湮灭发射，我们开发了一种利用 COMPTEL 数据空间分离天体信号的技术。使用这种方法，我们发现 511 keV 线的 7.2$\sigma$ 检测。我们发现空间分布与单点源不一致，而且它似乎比以前报道的更广泛。为了从仪器背景中分离出银河正电子湮灭发射，我们开发了一种利用 COMPTEL 数据空间分离天体信号的技术。使用这种方法，我们发现 511 keV 线的 7.2$\sigma$ 检测。我们发现空间分布与单点源不一致，而且它似乎比以前报道的更广泛。