[論文レビュー] A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era (ASPIRE): JWST Reveals a Filamentary Structure around a z=6.61 Quasar

Feige Wang, Jinyi Yang+57 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

JWST/NIRCam観測を用いて、ASPIRE調査は赤方偏移 z=6.61 のクェーサー周辺で星形成銀河の繊維状構造を検出。z=5.4 および z=6.2 に2つの過密度を特定。31個の[O III]発光銀河が同定された。これらの結果は、高赤方偏移[O III]発光銀河が強く集積しており、初期の超大質量ブラックホールの複雑で多波長にわたる環境を示している。

ABSTRACT

We present the first results from the JWST ASPIRE program (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era). This program represents an imaging and spectroscopic survey of 25 reionization-era quasars and their environments by utilizing the unprecedented capabilities of NIRCam Wide Field Slitless Spectroscopy (WFSS) mode. ASPIRE will deliver the largest ($\sim280~{ m arcmin}^2$) galaxy redshift survey at 3-4 $μ$m among JWST Cycle-1 programs and provide extensive legacy values for studying the formation of the earliest supermassive black holes (SMBHs), the assembly of galaxies, early metal enrichment, and cosmic reionization. In this first ASPIRE paper, we report the discovery of a filamentary structure traced by the luminous quasar J0305-3150 and ten [OIII] emitters at $z=6.6$. This structure has a 3D galaxy overdensity of $δ_{ m gal}=12.6$ over 637 cMpc$^3$, one of the most overdense structures known in the early universe, and could eventually evolve into a massive galaxy cluster. Together with existing VLT/MUSE and ALMA observations of this field, our JWST observations reveal that J0305-3150 traces a complex environment where both UV-bright and dusty galaxies are present, and indicate that the early evolution of galaxies around the quasar is not simultaneous. In addition, we discovered 31 [OIII] emitters in this field at other redshifts, $5.3

研究の動機と目的

• 深紫外スペクトロスコピー調査を用いて、z ≈ 6–7 の初期の超大質量ブラックホール（SMBH）の宇宙的環境を調査すること。
• 赤方偏移 z=6.61 の高赤方偏移クェーサー周辺の大型構造および銀河集団を特徴づけること。
• 高赤方偏移[O III]発光銀河の集積特性を特定し、クェーサー宿主環境との関連を評価すること。
• 多波長観測を通じて、初期宇宙におけるダストを含む銀河とUVが明るい銀河の果たす役割を評価すること。
• 再電離期終焉に近い時期における[O III]発光銀河が、宇宙構造のトレーサーとしての有効性を評価すること。

提案手法

• JWST/NIRCamを用いて、赤方偏移 z=6.61 のクェーサー J0305–3150 の周囲で、微弱で高赤方偏移銀河を検出するための深紫外近赤外画像およびスペクトロスコピーを実施。
• 幅帯フィルター画像を用いて[O III]発光ライン銀河を同定し、スペクトロスコピーの追従観測で赤方偏移を確認。
• JWSTのデータを、アーカイブ済みのハッブル望遠鏡およびALMAの観測データと統合し、銀河の性質を多波長で特徴づける。
• スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングとSEDの形状を用いて、銀河をダストを含む星形成銀河かUVが明るい銀河かに分類するための光度および形態的分析を実施。
• 空間的集積解析を用いて、クェーサー領域と比較して、赤方偏移 z=5.4 および z=6.2 における[O III]発光銀河の過密度を定量化。
• マイクルスキー宇宙望遠鏡アーカイブ（MAST）および光度測定ツール（Photutils）を活用して、天体検出および光度測定を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z=6.61 のクェーサー J0305–3150 の周囲における銀河の大型空間的分布はいかなるものか？
• RQ2 赤方偏移 z≈5.3–6.7 の[O III]発光銀河の性質は、クェーサー環境とどのように相関しているか？
• RQ3 高赤方偏移[O III]発光銀河はクェーサーの周囲に集積しているのか？ これは、それらが宇宙構造のトレーサーとしての役割を果たすことを示唆するか？
• RQ4 クェーサーの直近の周囲には、ダストを含む星形成銀河とUVが明るい銀河のどちらが優勢か？
• RQ5 JWST、ハッブル、ALMAの多波長観測は、初期銀河集団の特徴づけをどのように向上させるか？

主な発見

• 赤方偏移 z=6.61 のクェーサー J0305–3150 から延びる星形成銀河の繊維状構造が検出され、複雑で広範な環境を示している。
• 赤方偏移 5.3 から 6.7 の間で31個の[O III]発光銀河が同定され、その半数が赤方偏移 z=5.4 および z=6.2 に位置する2つの明確な過密度に集中している。
• 赤方偏移 z=5.4 および z=6.2 の過密度は強く空間的集積を示しており、[O III]発光銀河が高赤方偏移における大型構造をトレースしている可能性を示唆している。
• クェーサーの環境には、UVが明るい銀河とダストを含む星形成銀河を含む多様な銀河集団が存在し、複雑なフィードバックおよび降着プロセスを示している。
• 1つのASPIREフィールドで一挙に2つの過密度が発見されたことは、[O III]発光銀河が強く集積しており、初期宇宙構造の強力なトレーサーである可能性を示している。
• JWST、ハッブル、ALMAの多波長データは、クェーサー周囲がダイナミックに複雑で、顕著なダスト含有量と持続的な星形成を示していることを明らかにした。