[論文レビュー] A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang

Ivo Labbé, Pieter van Dokkum+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 36

ひとこと要約

JWST CEERS NIRCamデータを用いて、本研究は z ~ 7.4–9.1 における赤色で巨大な候補銀河を6つ同定した（M* > 1e10 Msun、潜在的には ~1e11 Msun に達する可能性）、初期宇宙における質量密度が予想以上に高いことを示唆する。

ABSTRACT

Galaxies with stellar masses as high as $\sim 10^{11}$ solar masses have been identified out to redshifts $z \sim 6$, approximately one billion years after the Big Bang. It has been difficult to find massive galaxies at even earlier times, as the Balmer break region, which is needed for accurate mass estimates, is redshifted to wavelengths beyond $2.5\mum$. Here we make use of the $1-5\mum$ coverage of the JWST early release observations to search for intrinsically red galaxies in the first ~750 million years of cosmic history. In the survey area, we find six candidate massive galaxies (stellar mass $>10^{10}$ solar masses) at $7.4 < z < 9.1$, 500 - 700 Myr after the Big Bang, including one galaxy with a possible stellar mass of $\sim 10^{11}$ solar masses. If verified with spectroscopy, the stellar mass density in massive galaxies would be much higher than anticipated from previous studies based on rest-frame ultraviolet-selected samples.

研究の動機と目的

• ビッグバン直後の約750百万年以内で、JWST の 1–5 μm カバレッジを用いて intrinsically red, massive galaxies の探索を動機づける。
• Lyman 断と Balmer 断をまたぐ二重破れの SED 選択により高赤方偏移候補を特定し、赤方偏移と M*/L 比を制約する。
• 複数の SED フィット法を用いて赤方偏移と質量を定量化し、強い星間発光の影響を考慮する。
• JWST の結果を踏まえた高赤方偏移星形成質量関数と総質量密度への影響を評価する。

提案手法

• JWST/NIRCam CEERS 画像（1–5 μm）と 6 波長広帯域および 410M 中間帯を用いて、赤色で二重破れの SED を検出する。
• 光学部検出なし、blue F150W–F277W < 0.7、red F277W–F444W > 1.0、F444W < 27 AB という条件で経験的に高赤方偏移候補を選択する。
• EAZY（emission-line templates）、Prospector-α、Bagpipes を用いて、強い発光線の影響を考慮した複数のモデリング前提で赤方偏移と質量を導出する。
• 各銀河ごとに 7 個の測定値の中央値を fiducial 質量として採用し、フォトメトリの発光線寄与の可能性を考慮する。
• 減衰法則、SFH、年齢プリオリ、フォトメトリ的不確かさの取り扱いが質量の頑健性に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JWST の NIRCamフォトメトリで識別された z ≳ 7 に intrinsically red, massive galaxies は存在し得るか。
• RQ2 強い発光線を考慮した場合、これらの二重破れ選択銀河の光度比はどのような赤方偏移と質量を示すか。
• RQ3 異なる SED-fitting フレームワークとモデリング前提は推定される質量と赤方偏移にどう影響するか。
• RQ4 これらの候補銀河は高赤方偏移の星形成質量関数と総質量密度にどのような示唆をもたらすか。

主な発見

• 二つの破れを持つ銀河が 13 個見つかり、うち 6 個は fiducial 質量 > 1e10 Msun、赤方偏移は 6.5 < z < 9.1。
• 最も明るい銀河（38094）は z = 7.5 に位置し、M* ≈ 1e11 Msun の可能性があり、近傍に小規模なグループが存在する可能性。
• SED フィットは Rest-frame の光学発光線が広帯域のフラックスに大きく影響し得ることを示し、特に Balmer 断より右側で影響が大きい。
• UV 選択サンプルと比較して、これらの JWST-赤色銀河は全体の SED がより赤く、質量対光量比（M/L）が高く、質量も高い可能性を示唆する。
• 質量推定は塵減衰法則、年齢プリオリ、フォトメトリ的不確かさの扱いに敏感で、いくつかのモデルで質量が最大で100倍減少する可能性がある。
• スペクトルが確認されれば、z ~ 8–9 における推定星形成質量密度は従来の UV ベースの推定よりもはるかに高くなり、標準的な LCDM に基づく組み立てを挑戦する。