[論文レビュー] Efficient NIRCam Selection of Quiescent Galaxies at 3 < z < 6 in CEERS

Arianna S. Long, Jacqueline Antwi-Danso+31 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、F150W、F277W、F444Wバンドの実証的NIRCamカラ―選択により、CEERSフィールドで z>3 の質量の大きい不活性銀河を効率的に特定する方法を提案し、44件の候補と堅牢な密度推定を得た。

ABSTRACT

Substantial populations of massive quiescent galaxies at $z\ge3$ challenge our understanding of rapid galaxy growth and quenching over short timescales. In order to piece together this evolutionary puzzle, more statistical samples of these objects are required. Established techniques for identifying massive quiescent galaxies are increasingly inefficient and unconstrained at $z>3$. As a result, studies report that as much as 70\% of quiescent galaxies at $z>3$ may be missed from existing surveys. In this work, we propose a new empirical color selection technique designed to select massive quiescent galaxies at $3\lesssim z \lesssim 6$ using JWST NIRCam imaging data. We use empirically-constrained galaxy SED templates to define a region in the $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ color plane that captures quiescent galaxies at $z>3$. We apply this color selection criteria to the Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey and identify 44 candidate $z\gtrsim3$ quiescent galaxies. Over half of these sources are newly discovered and, on average, exhibit specific star formation rates of post-starburst galaxies. We derive volume density estimates of $n\sim1-4 imes10^{-5}$\,Mpc$^{-3}$ at $3< z <5$, finding excellent agreement with existing reports on similar populations in the CEERS field. Thanks to NIRCam's wavelength coverage and sensitivity, this technique provides an efficient tool to search for large samples of these rare galaxies.

研究の動機と目的

• 3<z<5の銀河を対象に早期宇宙での急速なクエンチを検証するため、 z>3 の質量の大きい不活性銀河を特定する必要性を動機づける。
• 汚染を最小限に抑えつつ、ポストスターバーストおよび進化した不活性系を捉える JWST NIRCam カラ―選択法を開発する。
• CEERSデータ上で手法を検証し、選択候補の完備性、汚染、赤方偏移分布を評価する。
• 赤方偏移区間別の不活性銀河の数密度を定量化し、既存文献と比較する。

提案手法

• F150W、F277W、F444Wを用いて Balmer/Dn(4000) ブレイクを3<z<5銀河の外枠として三帯カラースペースを定義する。
• 補完性と汚染のバランスを取るため、カラースペース内に短いウェッジと長いウェッジの2つの領域を構築・検証する。
• 実データに制約されたSEDテンプレート（z>3不活性銀河およびポストスターバースト銀河、DSFGsを含む）を用いて、色空間におけるそれらの位置をマッピングする。
• cigaleを用いたSEDフィッティングを適用し、Photometric redshifts、sSFR、および物理的特性をChabrier IMFとCalzetti塵法で推定する。
• 赤方偏移区間ごとの不確実性を推定するため、赤方偏移のモンテカルロ実現を行い、数密度を評価する。

Figure 1: Left: $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ colors for well-constrained galaxy SED templates. The black line marks the “short” wedge boundaries, while the dashed line marks the “long” wedge extension. The former is less complete but also has fewer contaminants, while the latter captures most qui

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単純なNIRCamカラースペースのウェッジのみで z>3 不活性銀河を効率的に選択できるか？3帯のみを用いて実用的か？
• RQ2 短いウェッジと長いウェッジの定義における完備性と汚染のトレードオフはどうなるか？
• RQ3 CEERSで既に公表されている z>3 不活性サンプルと比べて、識別候補はどうなるか？
• RQ4 2.5<z<5の不活性銀河の得られる数密度はどの程度で、文献推定とどう整合するか？

主な発見

• CEERSでのカラ―ウェッジを用い、3 bandsすべてでSNR≥3を満たす条件で、2.5<z<6の不活性銀河候補を44件特定した。
• サンプルの赤方偏移の中央値は z~3.5、中央値の星質量は約 3×10^10 M⊙、中央値の log10(sSFR/yr)≈−11.2。
• 短いウェッジは30件の候補、長いウェッジは45件の候補を生み出し、短いウェッジと82件中の15件が追加で共通。
• 先行のCEERS不活性候補の回復割合は高く（Carnall et al. 2023 から14/15、Pérez-González et al. 2022 から18/22（SNRカット内）、Valentino et al. 2023 から19/24（長いウェッジ内））。
• 導出された数密度 n ≈ 1–4×10^−5 Mpc^−3 for 3<z<5、Carnall et al. (2023) と一致し、Valentino et al. (2023) より約3–5倍高い。

Figure 2: $F277W-F444W$ vs. $F150W-F277W$ colors for $2.5<z<5$ quiescent galaxy candidates detected in CEERS using the proposed color selection method (including $z_{\mathrm{phot}}\geq 2.5$ and log 10 (sSFR/yr) $\lesssim-10$ ). Interlopers in this color space are further described in Section 4.4 and