[論文レビュー] A Long Time Ago in a Galaxy Far, Far Away: A Candidate z ~ 12 Galaxy in Early JWST CEERS Imaging

Steven L. Finkelstein, Micaela B. Bagley+118 more|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、early JWST CEERS imagingで z ~ 12 の堅牢な候補銀河を同定したことを報告します（Maisie’s Galaxy）、多バンド検出と高赤方偏移のフォト赤方偏移推定から、ビッグバンから400 Myr未満で星形成 activity を示唆します。

ABSTRACT

We report the discovery of a candidate galaxy with a photo-z of z~12 in the first epoch of the JWST Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey. Following conservative selection criteria we identify a source with a robust z_phot = 11.8^+0.3_-0.2 (1-sigma uncertainty) with m_F200W=27.3, and >7-sigma detections in five filters. The source is not detected at lambda < 1.4um in deep imaging from both HST and JWST, and has faint ~3-sigma detections in JWST F150W and HST F160W, which signal a Ly-alpha break near the red edge of both filters, implying z~12. This object (Maisie's Galaxy) exhibits F115W-F200W > 1.9 mag (2-sigma lower limit) with a blue continuum slope, resulting in 99.6% of the photo-z PDF favoring z > 11. All data quality images show no artifacts at the candidate's position, and independent analyses consistently find a strong preference for z > 11. Its colors are inconsistent with Galactic stars, and it is resolved (r_h = 340 +/- 14 pc). Maisie's Galaxy has log M*/Msol ~ 8.5 and is highly star-forming (log sSFR ~ -8.2 yr^-1), with a blue rest-UV color (beta ~ -2.5) indicating little dust though not extremely low metallicity. While the presence of this source is in tension with most predictions, it agrees with empirical extrapolations assuming UV luminosity functions which smoothly decline with increasing redshift. Should followup spectroscopy validate this redshift, our Universe was already aglow with galaxies less than 400 Myr after the Big Bang.

研究の動機と目的

• JWST CEERSの観測が z > 11 の銀河を検出できるかを調べ、初期の星形成と宇宙のSFRDを制約する。
• 保守的なフォトメトリクス基準と複数の整合性チェックを用いて、堅牢な高赤方偏移銀河候補を同定・精査する。
• z > 11候補の物理的性質（恒星質量、sSFR、rest-UVカラー）を特徴づけ、初期銀河進化におけるその位置を評価する。

提案手法

• 改訂版JWSTパイプラインと独自の手順を用いて、4つのCEERS NIRCam視野を処理し、アーティファクトと1/fノイズを除去。
• シミュレーションから得られたアパーチャ補正を用いて、7つのバンドにわたるPSFマッチフォトメトリを、小さなKronアパーチャで構築。
• EAZYを用いて、BPASSの星間輻射を含む青色高-zテンプレートを含む拡張テンプレートセットでフォト赤方偏移を推定。
• 全てのz PDFに基づく保守的で多基準の色とSNRカットを適用して、堅牢なz > 11候補を選択。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JWST CEERSの観測でz > 11の堅牢な銀河候補を同定でき、z ~ 12領域に近づくことができるか？
• RQ2 z > 11候補の物理的性質（質量、sSFR、UV傾斜）とは何か、UV光度関数の外挿と整合するか？
• RQ3 フォト赤方偏移PDFとカラー選択は、高-z源を低-zの侵入者や星から効果的に判別できるか？
• RQ4 z > 11で観測された母集団は、宇宙の星形成率密度の進化とシミュレーションの予測とどう比較されるか？

主な発見

• フォト赤方偏移zphot = 11.8+0.3−0.2 および mF200W = 27.3 の源は、5つのフィルターで≥7σの堅牢な検出を得た。
• この天体は、深いHSTおよびJWST観測で1.4 μmより短い波長で検出されず、F150WとF160Wで約3σの検出が見られ、Lyα breakがz ~ 12付近にあることを示唆。
• この銀河（Maisie’s Galaxy）は log(M*/M⊙) ~ 8.5 で、highly star-formingで log(sSFR) ~ −8.2 yr−1、rest-UVカラーは青く β ~ −2.5。
• z > 11解釈が有利で、photo-z PDFの99.6%がz > 11を支持し、色は銀河系星と矛盾し、源は解像されている（rh ≈ 340 pc）。
• 所見は、赤方偏移の増加に伴い滑らかに減少するUV光度関数の経験的外挿と概ね一致するが、いくつかの理論予測とは対立する。