[論文レビュー] Bright z~9 Galaxies in Parallel: The Bright End of the Rest-UV Luminosity Function from HST Parallel Programs

Micaela B. Bagley, Steven L. Finkelstein+8 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡の純並列スキャンから13個の明るい $z\sim9$ ガラクシーを同定し、多波長光度測定と完全性補正を用いて、高赤方偏移領域のrest-UV光度関数の明るい端を測定した。結果として、先行する並列領域スキャンと整合する数密度が得られ、$M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ のガラクシーに過剰が認められ、初期の高密度領域では星形成効率が高く、あるいはほこりの減光が小さい可能性を示唆している。

ABSTRACT

The abundance of bright galaxies at z>8 can provide key constraints on models of galaxy formation and evolution, as the predicted abundance varies greatly when different physical prescriptions for gas cooling and star formation are implemented. We present the results of a search for bright z=9-10 galaxies selected from pure-parallel Hubble Space Telescope imaging programs. We include 132 fields observed as part of the Brightest of Reionizing Galaxies survey, the Hubble Infrared Pure Parallel Imaging Extragalactic Survey, and the WFC3 Infrared Spectroscopic Parallel survey. These observations cover a total of 620 sq. arcmin, about 70% of which is also covered with Spitzer Space Telescope infrared imaging. We identify thirteen candidate galaxies in the range 8.3

研究の動機と目的

• 宇宙の分散を低減するため、相関のない純並列HST観測を用いて、$z\sim9$ における明るい端のrest-UV光度関数を測定すること。
• HSTとスパイクァーのデータを組み合わせた多波長選別法を用いて、$M_{\mathrm{UV}}<-21.2$ の高赤方偏移ガラクシーを同定すること。
• 詳細な光度および形態的選別基準を適用することで、完全性を保ちつつ汚染を最小限に抑えること。
• 模擬源と増幅補正を用いて、サンプルの完全性と汚染度を定量すること。
• 明るい $z\sim9$ ガラクシーの豊度を測定することで、銀河形成モデルに対する頑健な制約を提供し、宇宙再電離の理解に寄与すること。

提案手法

• BORG, HIPPIES, WISPの3つの調査から得た132の純並列HSTフィールドを統合。合計620平方弧度で、重複するスパイクァー/IRACカバレッジを有する。
• Y_{105}, J_{125}, H_{160} バンドの光度測定と、Y_{105}-J_{125}、J_{125}-H_{160} ドロップアウト基準を用いて、$z\sim9-10$ の候補を同定。
• EAZYを用いたSEDフィッティングと光度赤方偏移推定を含む包括的な多波長選別プロセスを実施し、誤検出を低減。
• 明るい $z=1-4$ ガラクシーを暗くし、再選別することで汚染度を評価。その結果、1–3%の汚染（WISPフィールドでは最大12.9%）が得られた。
• 3つの源について、近くに明るい近隣天体があるため、強引力レンズモデルを用いてレンズ増幅補正を実施。
• 大きさの不確実性と有効体積を組み込んだMCMC解析を用いた擬似ビニング技術を用いて、UV光度関数を測定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z\sim9 における $M_{\mathrm{UV}}<-21.2$ ガラクシーの数密度は何か？ また、銀河形成モデルの予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 純並列HST観測は、UV光度関数の明るい端を測定する際、宇宙分散をどの程度低減できるか？
• RQ3 観測された明るい $z\sim9$ ガラクシーは、低赤方偏移から滑らかに進化するシェクテル関数と整合するか？
• RQ4 深さと浅さの並列フィールドにおいて、低赤方偏移のすり抜ける天体（interloper）の汚染率はどの程度か？
• RQ5 同定された候補は、初期の宇宙再電離に寄与した可能性のある高密度領域に存在するのか？

主な発見

• 132の相関のないHST並列フィールドから、赤方偏移範囲 $8.3<z<11$、$24.5<m_{H}<26.5$（$-22.9<M_{\mathrm{UV}}<-21.2$）の候補ガラクシー13個を同定した。
• 明るい $z\sim9$ ガラクシーの数密度は、Finkelsteinら（2022年）や他のHST並列スキャンの結果と整合しており、宇宙分散が低いことが示された。
• 低赤方偏移のガラクシーによる汚染は低く、大多数のフィールドで1–3%、WISPフィールドでは最大12.9%であった。
• 擬似ビニングとMCMC解析を用いて導出したrest-UV光度関数は、滑らかに進化するシェクテル関数と比較して、$M_{\mathrm{UV}}\sim-22$ のガラクシーに顕著な過剰が認められた。
• サンプルは、明るい端で平坦またはわずかに増加する光度関数と整合しており、$z\sim9$ で星形成効率が向上しているか、あるいはほこりの減光が小さい可能性を示唆している。
• 候補の5つは、JWST NIRSpecプリズム観測でサイクル1に計画されており、分光的フォローアップの高優先度ターゲットである可能性が確認される。